CN106017419B - 水平万向角度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平万向角度测量装置及测量方法，包括具有水平基准面的基座和摆锤，所述摆锤通过轴承与基座可转动连接，所述摆锤水平安装在基座上其中心平面与水平基准面平行，在所述摆锤上安装有角度检测装置，所述角度检测装置通过信号线与测量控制电路连接。本发明利用重力摆锤和角度检测装置，实现了一个被测水平面在任意倾斜方向上的实时进行角度测量与控制，不但结构简单实用，成本低廉，测量精度高，灵敏度强，且通用性强，易于推广应用。该测量装置和测量方法不受强磁场、震动等环境的影响。

Description

水平万向角度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种角度测量装置，具体地说是涉及一种对水平面倾斜角度的测量装置和测量方法。

背景技术

在生产工艺过程中，有时为方便组装调试，根据情况需对平台随机在水平方向上做一定角度的倾斜。在物理性能试验中常对压溃、堆码等加载压板的随机倾斜角度进行测量和控制，以便甄别试样合格与否。市售成品多轴角度测量仪器，只能对平面上定义了的X、Y轴两个方向进行倾斜角度的测量，无法对随机倾斜方向上的角度进行实时测量。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种结构简单实用，成本低，操作简单方便，通用性强，可实时测量水平面在任意方向上倾斜角度的水平万向角度测量装置。

本发明的另一个主要目的在于，提供一种操作简单方便，可实时测量水平面在任意方向上倾斜角度的水平万向角度测量方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种水平万向角度测量装置，包括具有水平基准面的基座和摆锤，所述摆锤通过轴承与基座可转动连接，所述摆锤水平安装在基座上其中心平面与水平基准面平行，在所述摆锤上安装有角度检测装置，所述角度检测装置通过信号线与测量控制电路连接。

进一步，所述摆锤为扇形结构，在扇形结构的圆心处与所述轴承的内圈固定连接。

进一步，所述角度检测装置为单轴角度传感器，安装在扇形结构的上表面上，其测量方向与扇形中心的半径方向相一致。

进一步，所述基座为一箱体，在基座内安装有导电滑环，所述信号线通过导电滑环与测量控制电路连接。

进一步，所述基座与摆锤之间安装轴承座，所述轴承的外圈固定安装在轴承座上，所述信号线从所述轴承中心穿过与基座内的导电滑环连接。

进一步，所述基座、摆锤、测量控制电路、角度检测装置安装在一个壳体内，在所述壳体上安装测量控制电路的输出线接口。

进一步，还包括有用于检测倾斜方向的绝对编码器，所述绝对编码器固定安装在所述基座上。

本发明的另一个技术方案是：

一种水平万向角度测量方法，在一具有水平基准面的基座上通过轴承水平安装一个摆捶，所述摆锤的中心平面与水平基准面平行，在摆捶上安装角度检测装置，当被测水平面向任意方向倾斜时，摆锤在重力作用下其重心点自动绕轴心转动而使摆锤的中心与倾斜方向一致，由角度检测装置实时测出倾斜方向上的倾斜角度。

进一步，所述摆锤为扇形结构，在扇形结构的圆心处安装所述轴承，所述角度检测装置安装在扇形结构的上表面上，使所述角度检测装置的测量方向与扇形中心的半径方向相一致。

进一步，所述角度检测装置通过信号线连接测量控制电路，测量控制电路接收角度检测装置检测的信号，并将检测的数值与预先存储的设定值比较，根据比较结果发送控制信号控制执行部件动作。

综上内容，本发明所述的一种水平万向角度测量装置及测量方法，利用重力摆锤和角度检测装置，实现了一个被测水平面在任意倾斜方向上的实时进行角度测量与控制，不但结构简单实用，成本低廉，测量精度高，灵敏度强，且通用性强，易于推广应用。该测量装置和测量方法不受强磁场、震动等环境的影响，而且根据需要留有升级空间，可实现同时对倾斜方向的方位和倾斜角度的多参数测量。该装置主要用于工艺组装、测试平台及测量物理试验时压溃、堆码的压板等操作中。

附图说明

图1是本发明测量装置结构示意图；

图2是本发明测量装置在测量时的结构示意图；

图3是本发明摆锤结构示意图。

如图1至图3所示，基座1，摆锤2，角度检测装置3，信号线4，轴承座5，轴承6，导电滑环8，安装孔9，壳体10，信号线11。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

如图1和图2所示，一种水平万向角度测量装置，包括基座1、摆锤2、角度检测装置3和测量控制电路(图中未示出)。

其中，基座1具有一水平基准面，本实施例中，基座1优选采用一个中空的长方体的箱体结构，其底表面为水平基准面，在测量时将其底表面放置在被测平面的中心位置上。在基座1的顶表面上安装一轴承座5，基座1和轴承座5之间可以焊接在一起，也可以通过紧固件固定连接，在轴承座5内安装轴承6，轴承6的外圈与轴承座5之间过盈配合固定，轴承6的内圈与摆锤2固定连接，摆锤2在安装在轴承6上后呈水平状态，即安装后摆锤2的中心平面与基座1的水平基准面平行，当被测平面无任何倾斜而为水平面时，摆锤2的中心平面与水平面之间的夹角为0°。基座1的底表面的面积要尽可能的大，这样可以增加基座1与被测平面的接触面积，以提高测量装置的精确度和灵敏度。

如图3所示，本实施例中，优选摆锤2采用扇形的平面结构，在扇形的平面结构的圆心处设置有安装孔9，安装孔9通过过盈配合与轴承6的内圈固定连接，扇形的圆心角优选为90-120°，采用这种结构的摆捶2可使其自身重心在半径方向上偏向扇形的边缘，进而可以增加摆锤2受重力作用后绕轴承6的中心转动的灵敏度，将被测平面在任意方向上有一小的角度倾斜时，摆锤2即可在自身的重力作用下绕轴承6的中心转动进而发生偏移，以保证该装置具有较高的检测精度。

如图1和图2所示，在摆锤2的上表面上安装有角度检测装置3，角度检测装置3通过信号线4与测量控制电路连接，本实施例中，角度检测装置3优选采用单轴角度传感器，其测量方向与摆锤2的扇形中心的半径方向相一致，角度检测装置3尽量放置在靠近扇形平面边缘的位置，使摆捶2的重心偏向扇形的边缘。

当被测平面在任意方向上倾斜时，摆锤2重心点由于重力的作用，使摆锤2围绕轴承6的中心转动直至与被测平面的水平倾斜方向相一致，摆锤2随着被测平面倾斜而发生偏移后，其中的单轴角度检测装置3即可检测出该倾斜方向上的被测平台的倾斜角度。同时，角度检测装置3还会实时将被测平面在此方向上的微小的倾斜角度电信号通过信号线4传输至测量控制电路，由此实现水平方向上的任意倾斜方向上的万向角度测量，而且测量范围水平在全向(5°-90°)，分辨力也可以达到0.1度，进而可以满足工艺组装、测试平台及测量物理试验时压溃、堆码的压板等操作的较高的要求。

当摆锤2带动单轴角度传感器一起绕轴承6转动时，信号线4也会随着转动，为了避免信号线4缠绕，本实施例中，在基座1内安装有一个导电滑环8，单轴角度传感器连接的信号线4穿过轴承6的中心、基座1的顶表面后与基座1内的导电滑环8连接，导电滑环8再引出信号线11与测量控制电路连接。信号线4在随单轴角度传感器绕轴承6转动时，信号线4带动下部的导电滑环8同步转动，由此释放信号线4的缠绕力矩，进而可以避免信号线4缠绕，而且不影响信号线11与测量控制电路的连接，实现单轴角度传感器的信号线4和信号线11与外部测量控制电路的无扰连接。

测量控制电路包括检测单元和控制单元，检测单元用于实时接收角度检测装置3检测至的角度电信号，检测单元将接收的电信号再实时发送给控制单元，控制单元由单片机及其它控制部件组成，控制部件可以是继电器，也可以是电磁阀等，在控制单元的单片机中可以预先存储有倾斜角度的设定值，将检测的角度数值与预先存储的设定值比较，根据比较结果控制继电器、电磁阀等控制部件动作，由继电器8、电磁阀控制其它执行部件的动作，如当被测平面发生倾斜达到某一角度值后，控制继电器断开，进而控制与继电器8相连的执行部件执行停机、关闭等动作。测量控制电路的输出端也可以连接显示器、打印机等输出设备，可以将角度检测装置3实时检测的数值实时或定时地通过显示器直观显示，也可以实时或定时通过打印机打印，供操作人员参考。

为了方便检测，如图2所示，本实施例中，优选将上述的基座1、摆锤2、角度检测装置3、测量控制电路、轴承座5和轴承6等所有部件安装在一个壳体10内，做成一个可以方便安装、方便携带的测量装置，基座1的底表面固定在壳体10的底壁上，壳体10底壁的下表面也为水平基准面，壳体10的底壁面积相对于基座1的底表面要大很多，这样还可以增加测量装置的水平基准面与被测平面的接触面积，进而提高该测量装置的检测精确度和灵敏度，在壳体10上安装接线接口与需要控制的其它执行部件连接。

下面详细描述该测量装置的测量方法：

如图1和图2所示，测量时将该测量装置安装在被测平面的中心位置上，壳体10的底壁与被测平面贴合，当被测平面在任意方向上产生倾斜时，摆锤2在自身重力的作用下，其重心点自动绕轴承6的中心转动，在停止转动后，摆锤2的扇形中心半径与被测平面的倾斜方向相一致，此时，角度检测装置3即可检测出在此方向上的倾斜角度，同时，角度检测装置3实时将被测平面在此方向上的微小的倾斜角度电信号通过信号线4传输至测量控制电路，由此实现水平方向上的任意倾斜方向上的万向角度测量。测量控制电路中的检测单元实时接收角度检测装置3检测的电信号，并将接收的电信号再实时发送给控制单元，控制单元将检测的倾斜角度数值与预先存储的设定值比较，根据比较结果控制继电器、电磁阀等控制部件动作，再由继电器8、电磁阀控制其它执行部件动作。

本发明利用重力摆锤和角度检测装置，实现了一个被测平面在任意倾斜方向上的实时角度测量与控制，而且测量范围水平在全向(5°-90°)，分辨力也可以达到0.1度，不但整体结构简单实用，成本低廉，且通用性极强，易于推广应用，而且该测量装置和测量方法不受强磁场、震动等环境的影响。

实施例二：

在实施例一所述的结构基础上，在测量装置中还可以安装有用于检测被测平面倾斜方向的检测装置。即在同一测量装置上可以同时检测被测平面的倾斜角度和倾斜方向，实现多参数的测量，更加提高了该测量装置的通用性。

用于检测被测平面倾斜方向的检测装置优选采用绝对编码器(图中未示出)，绝对编码器固定在基座1上，绝对编码器的旋转轴与摆锤2的圆心在轴向上同轴连接，即与轴承6的内圈在轴向上同轴连接。当被侧平面向一方向倾斜后，摆锤2在重力作用下绕轴承6的中心转动，此时，轴承6的内圈同步转动，绝对编码器即会发出一固定信号，不同的倾斜方向会发出不同的信号，每个信号代表在一个倾斜方向，同时也可代表摆锤2在倾斜过程中所旋转的角度。

绝对编码器通过信号线与测量控制电路连接，将测得的倾斜方向和摆锤旋转的角度信号输出给测量控制电路，由测量控制电路根据检测结果控制其它执行部件动作。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种水平万向角度测量装置，其特征在于：包括具有水平基准面的基座和摆锤，所述摆锤通过轴承与基座可转动连接，所述摆锤水平安装在基座上，其中心平面与水平基准面平行，在测量时基座的水平基准面放置在被测平面上，当被测平面在任意方向倾斜时，摆锤围绕轴心转动至与被测平面的水平倾斜方向相一致，在所述摆锤上安装有角度检测装置，由角度检测装置实时测出倾斜方向上的倾斜角度，所述角度检测装置通过信号线与测量控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：所述摆锤为扇形结构，在扇形结构的圆心处与所述轴承的内圈固定连接。

3.根据权利要求2所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：所述角度检测装置为单轴角度传感器，安装在扇形结构的上表面上，其测量方向与扇形中心的半径方向相一致。

4.根据权利要求1所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：所述基座为一箱体，在基座内安装有导电滑环，所述信号线通过导电滑环与测量控制电路连接。

5.根据权利要求4所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：所述基座与摆锤之间安装轴承座，所述轴承的外圈固定安装在轴承座上，所述信号线从所述轴承中心穿过与基座内的导电滑环连接。

6.根据权利要求1所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：所述基座、摆锤、测量控制电路及角度检测装置安装在一个壳体内，在所述壳体上安装测量控制电路的输出线接口。

7.根据权利要求1所述的水平万向角度测量装置，其特征在于：还包括有用于检测倾斜方向的绝对编码器，所述绝对编码器固定安装在所述基座上。

8.一种水平万向角度测量方法，其特征在于：在一具有水平基准面的基座上通过轴承水平安装一个摆锤，所述摆锤的中心平面与水平基准面平行，在摆锤上安装角度检测装置，在测量时基座的水平基准面放置在被测 平面上，当被测平面向任意方向倾斜时，摆锤在重力作用下其重心点自动绕轴心转动而使摆锤的中心与倾斜方向一致，由角度检测装置实时测出倾斜方向上的倾斜角度。

9.根据权利要求8所述的水平万向角度测量方法，其特征在于：所述摆锤为扇形结构，在扇形结构的圆心处安装所述轴承，所述角度检测装置安装在扇形结构的上表面上，使所述角度检测装置的测量方向与扇形中心的半径方向相一致。

10.根据权利要求8所述的水平万向角度测量方法，其特征在于：所述角度检测装置通过信号线连接测量控制电路，测量控制电路接收角度检测装置检测的信号，并将检测的数值与预先存储的设定值比较，根据比较结果发送控制信号控制执行部件动作。