CN111322986B - 基于光学分度头的测斜仪校准装置及校准方法 - Google Patents

基于光学分度头的测斜仪校准装置及校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光学分度头的测斜仪校准装置及校准方法，包括工作平台、设置于所述工作平台的光学分度头以及安装于所述光学分度头的旋转主轴的测斜仪装夹定位装置，所述测斜仪装夹定位装置包括安装于所述旋转主轴的安装板以及设置于所述安装板的上部的上测斜管和设置于所述安装板的下部的下测斜管，所述上测斜管和下测斜管各自包括相同的管体，所述管体的内侧表面上沿所述管体的圆周方向以90°依次间隔设置有用于固定被校准测斜仪的第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽和第四定位槽。该校准装置旨在解决现有技术中的测斜仪校准装置误差大、结构复杂、操作繁琐且无法反应测斜仪的实际使用状态的技术问题。

Description

基于光学分度头的测斜仪校准装置及校准方法
技术领域
本发明涉及测斜仪校准领域，尤其涉及一种基于光学分度头的测斜仪校准装置及校准方法。
背景技术
测斜仪是用于测量预埋测斜管倾斜程度的精密仪器，可以实现X和Y两个方向的测量(X和Y方向互相垂直)，测斜仪两个方向的量程均可达±60°。目前已有的测斜仪校准装置所采用的标准器有：光学分度头、陀螺仪、角光栅等。根据测斜仪的装夹方式总体可以划分为两类，其中一类装夹结构和方式都比较简单，只是实现了测斜仪的固定，实施校准时的X和Y方向没有清晰划分；另外一类的装夹机构和方式比较复杂，可以实现实施校准时的X和Y方向的清晰划分。现在技术缺陷基本如下：
1、已有校准装置的其中一类装夹结构和方式比较简单，只是实现了测斜仪的固定，其实施校准时的X和Y方向没有清晰的划分，所以当实施相应的校准时，容易造成测斜仪的安装不当从而存在较大的校准误差。
2、已有校准装置的另外一类装夹结构和方式比较复杂，可以实现X和Y方向的清晰划分，但是结构复杂，操作繁琐，自身重量也较大，实施校准时其自重都加载在标准器旋转主轴上，会加大其主轴的负载和磨损。
3、上述两类校准装置，在实施校准时，均不能反应测斜仪的实际使用状态。
发明内容
(一)要解决的技术问题
基于此，本发明提出了一种基于光学分度头的测斜仪校准装置，该基于光学分度头的测斜仪校准装置旨在解决现有技术中的测斜仪校准装置误差大、结构复杂、操作繁琐且无法反应测斜仪的实际使用状态的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于光学分度头的测斜仪校准装置，其中，包括工作平台、设置于所述工作平台的光学分度头以及安装于所述光学分度头的旋转主轴的测斜仪装夹定位装置，所述测斜仪装夹定位装置包括安装于所述旋转主轴的安装板以及设置于所述安装板的上部的上测斜管和设置于所述安装板的下部的下测斜管，所述上测斜管和下测斜管各自包括相同的管体，所述管体的内侧表面上沿所述管体的圆周方向以90°依次间隔设置有用于固定被校准测斜仪的第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽和第四定位槽，所述第一定位槽和第三定位槽处于垂直于所述安装板的板面的平面，所述第二定位槽和第四定位槽处于平行于所述安装板的板面的平面，所述第二定位槽和第四定位槽对应被校准测斜仪的X方向，所述第一定位槽和第三定位槽对应被校准测斜仪的垂直于所述X方向的Y方向，所述安装板的板面垂直于所述旋转主轴的轴线，所述上测斜管的第三定位槽与所述下测斜管的第三定位槽之间的连接线还垂直于所述旋转主轴的轴线。
优选地，所述上测斜管通过上装夹组件设置于所述安装板上，所述下测斜管通过下装夹组件设置于所述安装板上，所述上装夹组件包括母V型座和子V型座，所述母V型座通过第一固定螺纹件连接于所述安装板，所述子V型座通过穿设于所述安装板的微调螺纹件可升降地安装于所述母V型座的开口中，所述母V型座的一侧穿设有第二固定螺纹件，所述第二固定螺纹件的端部能够压向所述子V型座以将所述子V型座固定于所述母V型座，所述上测斜管通过2个第一定位销安装于所述子V型座的开口中，所述2个第一定位销位于上测斜管的第三定位槽所在直线上，所述下装夹组件包括固定于所述安装板的下V型座，所述下测斜管通过2个第二定位销安装于所述下V型座的开口中，所述2个第二定位销位于下测斜管的第三定位槽所在直线上。
优选地，所述基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括连接于所述安装板的下端的用于对被校准测斜仪的底部定位的定位板。
优选地，所述基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括设置于所述工作平台上的对应所述光学分度头的数显装置。
优选地，所述安装板和定位板上分别具有多个减重孔。
此外，本发明提供一种上述的基于光学分度头的测斜仪校准装置的校准方法，其中，所述校准方法包括步骤：
a、先粗调转动光学分度头的旋转主轴，直至安装板垂直于水平面并且上测斜管在下测斜管上方；
b、将被校准测斜仪安装于上测斜管和下测斜管内，其中被校准测斜仪的安装滑轮与第二定位槽和第四定位槽安装以实现X方向安装，直到被校准测斜仪的底部与定位板接触；
c、对微调螺纹件和光学分度头进行微调，直到被校准测斜仪在X方向和Y方向的读数均为零，锁紧第二固定螺纹件，此时，光学分度头的读数也清零；
d、设定被校测斜仪的量程为：±θ°，正向旋转光学分度头的旋转主轴直至光学分度头的数显装置的读数为θ/10°，此时测斜仪的读数为X1°，X1°为第一个校准点的测斜仪的读数，该校准点对应被校准测斜仪的示值误差为(X1-θ/10)°；
e、以θ/10°为间隔叠加，依次完成量程θ°范围内余下X方向的正向10个校准点的校准，第n个校准点测斜仪的绝对示值误差为[Xn-(n×θ/10)]°，其中，第n个校准点的测斜仪的读数为Xn，第n个校准点对应的光学分度头的集显装置的读数为(n×θ/10)°；
f、重复以上步骤完成X方向的负向的10个校准点的校准，其中不同的操作为反向旋转光学分度头。
优选地，所述校准方法还包括重复步骤a至f完成Y方向的校准，其中不同的操作为被校准测斜仪的安装滑轮与第一定位槽和第三定位槽安装以实现Y方向安装。
(三)有益效果
本发明与现有技术对比，本发明的基于光学分度头的测斜仪校准装置的有益效果包括：
本发明提供的基于光学分度头的测斜仪校准装置只需要一名检定员即可完成全部流程，操作简捷，安全性和适用性强。本发明的校准装置有效的减小了光学分度头主轴上的负载，可以在X方向和Y方向分别进行相应的定位和校准，实施校准时也反应了其实际的使用状态，提升了校准精度。本校准装置还具有结构简单，加工难度小的特点。校准实验数据及相应结果证明本发明满足了被校准测斜仪的计量特性的相关需求，稳定性重复性好。总之，本发明的校准装置和相应的校准方法很好的解决了测斜仪的校准和量值溯源的现实需求。
其他有益效果将在后续具体实施方式部分进行逐一说明。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施方式的基于光学分度头的测斜仪校准装置的总体示意图；
图2为本发明实施方式的测斜仪装夹定位装置的立体示意图，其中安装有被校准测斜仪；
图3为本发明实施方式的测斜仪装夹定位装置的立体示意图，其中安装有被校准测斜仪；
图4为本发明实施方式的测斜仪装夹定位装置的一个剖面图；
图5为本发明实施方式的上测斜管或下侧斜管的正视图；
图6为本发明实施方式的上测斜管或下侧斜管的仰视图。
附图标记说明：
1、工作平台，2、光学分度头，3、旋转主轴，4、安装板，5、上测斜管，6、下测斜管，7、数显装置，8、母V型座，9、子V型座，10、第一固定螺纹件，11、微调螺纹件，12、第二固定螺纹件，13、第一定位销，14、下V型座，15、定位板，16、被校准测斜仪，17、减重孔，18、测斜仪装夹定位装置，19、螺母，20、第二定位销，21、安装滑轮，22、安装孔，100、管体，101、第一定位槽，102、第二定位槽，103、第三定位槽，104、第四定位槽。
图中未标注的部件并不涉及本发明的核心发明点，因此不再一一标记。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参见图1至图6，本发明提供一种基于光学分度头的测斜仪校准装置，包括工作平台1、设置于工作平台1的光学分度头2以及安装于光学分度头2的旋转主轴3的测斜仪装夹定位装置18，测斜仪装夹定位装置18包括安装于旋转主轴3的安装板4(具体地，安装板4可以通过螺母19可拆卸地连接于旋转主轴3)以及设置于安装板4的上部的上测斜管5和设置于安装板4的下部的下测斜管6，上测斜管5和下测斜管6各自包括相同的管体100，管体100的内侧表面上沿管体100的圆周方向以90°依次间隔设置有用于固定被校准测斜仪16的第一定位槽101、第二定位槽102、第三定位槽103和第四定位槽104，第一定位槽101和第三定位槽103处于垂直于安装板4的板面的平面，第二定位槽102和第四定位槽104处于平行于安装板4的板面的平面，第二定位槽102和第四定位槽104对应被校准测斜仪16的X方向，第一定位槽101和第三定位槽103对应被校准测斜仪16的垂直于X方向的Y方向，安装板4的板面垂直于旋转主轴3的轴线，上测斜管5的第三定位槽103与下测斜管6的第三定位槽103之间的连接线还垂直于旋转主轴3的轴线。当然，基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括设置于工作平台1上的对应光学分度头2的数显装置7。
根据本发明的具体实施方式，上测斜管5通过上装夹组件设置于安装板4上，下测斜管6通过下装夹组件设置于安装板4上，上装夹组件包括母V型座8和子V型座9，母V型座8通过第一固定螺纹件10连接于安装板4，子V型座9通过穿设于安装板4的微调螺纹件11可升降地安装于母V型座8的开口中，母V型座8的一侧穿设有第二固定螺纹件12，第二固定螺纹件12的端部能够压向子V型座9以将子V型座9固定于母V型座8，上测斜管5通过2个第一定位销13安装于子V型座9的开口中，2个第一定位销13位于上测斜管5的第三定位槽103所在直线上，下装夹组件包括固定于安装板4的下V型座14，下测斜管6通过2个第二定位销20安装于下V型座14的开口中，2个第二定位销20位于下测斜管6的第三定位槽103所在直线上，正如之前提到的上测斜管5的第三定位槽103与下测斜管6的第三定位槽103之间的连接还垂直于旋转主轴3的轴线，所以显然，2个第一定位销13和2个第二定位销20也是位于垂直于旋转主轴3的轴线的直线上的，此外，管体100上具有供第一定位销13或第二定位销20穿过的安装孔22。但是本发明不限于此，采用其他合适的结构来固定上测斜管5和下测斜管6的方式也将落入本发明的保护范围。
此外，基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括连接于安装板4的下端的用于对被校准测斜仪16的底部定位的定位板15。
此外，安装板4和定位板15上分别具有多个减重孔17。
此外，本发明还提供一种根据上述的基于光学分度头的测斜仪校准装置的校准方法，校准方法包括步骤：
a、先粗调转动光学分度头2的旋转主轴3，直至安装板4垂直于水平面并且上测斜管5在下测斜管6上方，当然，前提是将测斜仪校准装置的各个零配件已安装完毕；
b、将被校准测斜仪16安装于上测斜管5和下测斜管6内，其中被校准测斜仪16的安装滑轮21与第二定位槽102和第四定位槽104安装以实现X方向安装，直到被校准测斜仪16的底部与定位板15接触；
c、对微调螺纹件11和光学分度头2进行微调，直到被校准测斜仪16在X方向和Y方向的读数均为零，锁紧第二固定螺纹件12，保证子V型座9固定于母V型座8，此时，光学分度头2的读数也清零；
d、设定被校测斜仪的量程为：±θ°，例如±10°、±20°、±30°都是可以的，这是根据操作实际需要以及被校测斜仪的自身情况来调整和设定，正向旋转光学分度头2的旋转主轴3直至光学分度头2的数显装置7的读数为θ/10°，此时测斜仪的读数为X1°，X1°为第一个校准点的测斜仪16的读数，该校准点对应被校准测斜仪16的示值误差为(X1-θ/10)°；
e、以θ/10°为间隔叠加，依次完成量程θ°范围内余下X方向的正向10个校准点的校准，第n个校准点测斜仪的绝对示值误差为[Xn-(n×θ/10)]°，其中，第n个校准点的测斜仪16的读数为Xn，第n个校准点对应的光学分度头2的集显装置的读数为(n×θ/10)°；
f、重复以上步骤完成X方向的负向的10个校准点的校准，其中不同的操作为反向旋转光学分度头2，因为很好理解，这里不再详细说明，此外，本文提到的正向可以是顺时针方向，反向可以是逆时针方向，当然，也可以人为定义，即正向可以是逆时针方向，反向可以是顺时针方向，这些变化并不影响本测斜仪校准装置的结构本身。
当然，校准方法还包括重复步骤a至f完成Y方向的校准，其中不同的操作为被校准测斜仪16的安装滑轮21与第一定位槽101和第三定位槽103安装以实现Y方向安装，因为很好理解，这里不再详细说明。
当然，从上测斜管5和下测斜管6取出测斜仪后，测斜仪的校准完毕。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于光学分度头的测斜仪校准装置，其特征在于，包括工作平台、设置于所述工作平台的光学分度头以及安装于所述光学分度头的旋转主轴的测斜仪装夹定位装置，所述测斜仪装夹定位装置包括安装于所述旋转主轴的安装板以及设置于所述安装板的上部的上测斜管和设置于所述安装板的下部的下测斜管，所述上测斜管和下测斜管各自包括相同的管体，所述管体的内侧表面上沿所述管体的圆周方向以90°依次间隔设置有用于固定被校准测斜仪的第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽和第四定位槽，所述第一定位槽和第三定位槽处于垂直于所述安装板的板面的平面，所述第二定位槽和第四定位槽处于平行于所述安装板的板面的平面，所述第二定位槽和第四定位槽对应被校准测斜仪的X方向，所述第一定位槽和第三定位槽对应被校准测斜仪的垂直于所述X方向的Y方向，所述安装板的板面垂直于所述旋转主轴的轴线，所述上测斜管的第三定位槽与所述下测斜管的第三定位槽的连接线还垂直于所述旋转主轴的轴线；所述上测斜管通过上装夹组件设置于所述安装板上，所述下测斜管通过下装夹组件设置于所述安装板上，所述上装夹组件包括母V型座和子V型座，所述母V型座通过第一固定螺纹件连接于所述安装板，所述子V型座通过穿设于所述安装板的微调螺纹件可升降地安装于所述母V型座的开口中，所述母V型座的一侧穿设有第二固定螺纹件，所述第二固定螺纹件的端部能够压向所述子V型座以将所述子V型座固定于所述母V型座，所述上测斜管通过2个第一定位销安装于所述子V型座的开口中，所述2个第一定位销位于上测斜管的第三定位槽所在直线上，所述下装夹组件包括固定于所述安装板的下V型座，所述下测斜管通过2个第二定位销安装于所述下V型座的开口中，所述2个第二定位销位于下测斜管的第三定位槽所在直线上。
2.根据权利要求1所述的基于光学分度头的测斜仪校准装置，其特征在于，所述基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括连接于所述安装板的下端的用于对被校准测斜仪的底部定位的定位板。
3.根据权利要求2所述的基于光学分度头的测斜仪校准装置，其特征在于，所述基于光学分度头的测斜仪校准装置还包括设置于所述工作平台上的对应所述光学分度头的数显装置。
4.根据权利要求1至2中任意一项所述的基于光学分度头的测斜仪校准装置，其特征在于，所述安装板和定位板上分别具有多个减重孔。
5.一种根据权利要求3所述的基于光学分度头的测斜仪校准装置的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括步骤：
a、先粗调转动光学分度头的旋转主轴，直至安装板垂直于水平面并且上测斜管在下测斜管上方；
b、将被校准测斜仪安装于上测斜管和下测斜管内，其中被校准测斜仪的安装滑轮与第二定位槽和第四定位槽安装以实现X方向安装，直到被校准测斜仪的底部与定位板接触；
c、对微调螺纹件和光学分度头进行微调，直到被校准测斜仪在X方向和Y方向的读数均为零，锁紧第二固定螺纹件，此时，光学分度头的读数也清零；
d、设定被校测斜仪的量程为：±θ°，正向旋转光学分度头的旋转主轴直至光学分度头的数显装置的读数为θ/10°，此时测斜仪的读数为X1°，X1°为第一个校准点的测斜仪的读数，该校准点对应被校准测斜仪的示值误差为(X1-θ/10)°；
e、以θ/10°为间隔叠加，依次完成量程θ°范围内余下X方向的正向10个校准点的校准，第n个校准点测斜仪的绝对示值误差为[Xn-(n×θ/10)]°，其中，第n个校准点的测斜仪的读数为Xn，第n个校准点对应的光学分度头的集显装置的读数为(n×θ/10)°；
f、重复以上步骤完成X方向的负向的10个校准点的校准，其中不同的操作为反向旋转光学分度头。
6.根据权利要求5所述的基于光学分度头的测斜仪校准装置的校准方法，其特征在于，所述校准方法还包括重复步骤a至f完成Y方向的校准，其中不同的操作为被校准测斜仪的安装滑轮与第一定位槽和第三定位槽安装以实现Y方向安装。
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