CN113465629A - 一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，包括XYZ三轴旋转平台，该平台包括X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置，X轴旋转装置包括：第一筒状体及套接在其上的第二筒状体，以及X轴旋转驱动装置；第二筒状体用于模拟管道内检测器，其上安装待校准的姿态检测装置，其在X轴旋转驱动装置驱动下相对第一筒状体绕X轴旋转；Y轴旋转装置包括Y轴旋转驱动装置，Z轴旋转装置包括Z轴旋转驱动装置；在Y轴旋转驱动装置驱动下第一筒状体绕Y轴旋转；在Z轴旋转驱动装置驱动下，Y轴旋转装置绕Z轴旋转。本发明用于检测器整机装配前后姿态检测装置的性能测试及标校。

Description

一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，尤其涉及一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备。

背景技术

目前，姿态检测装置属于管道内检测器的重要传感部件之一，属于高精密部件，姿态检测装置在装配前需对其进行性能指标详细测试，但是由于缺乏相应的实验室计量检测手段以及配套的检测设备，也缺乏相应的检测标准，大部分姿态检测装置都无法进行检测或校准，只能采取自校或比测的方法，无法统一规范，使检测数据的可靠性、准确性及可信度受到严重影响，因此研究一种用于管道内检测器姿态检测装置的校准设备，用于检测器整机装配前后姿态检测装置的性能测试及标校，保证检测器姿态检测数据有效及检测精度，将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种保证检测器姿态检测数据准确有效的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，包括XYZ三轴旋转平台，XYZ三轴旋转平台包括从上至下依次连接的X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置，X轴旋转装置包括：第一筒状体，套接在第一筒状体内的第二筒状体，以及X轴旋转驱动装置；第二筒状体用于模拟管道内检测器，其上安装待校准的姿态检测装置，其在X轴旋转驱动装置驱动下相对第一筒状体绕X轴旋转；Y轴旋转装置包括Y轴旋转驱动装置，Z轴旋转装置包括Z轴旋转驱动装置；在Y轴旋转驱动装置驱动下第一筒状体绕Y轴旋转；在Z轴旋转驱动装置驱动下，Y轴旋转装置绕Z轴旋转。

进一步地，X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置设有伺服电机和/或手轮。

进一步地，当X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置设有伺服电机时，还包括控制伺服电机工作的控制系统，控制系统包括电机旋转角度负反馈闭环控制系统。

进一步地，Y轴旋转装置还包括两个支臂和位于两个支臂上的旋转支架；旋转支架在Y轴旋转驱动装置驱动下相对支臂绕Y轴旋转，第一筒状体固定在旋转架上。

进一步地，Z轴旋转装置还包括底座，底座上设有在Z轴旋转驱动装置驱动下相对底座绕Z轴旋转的水平圆盘；Y轴旋转装置固定在水平圆盘上。

进一步地，底座包括圆形底板，圆形底板周向均布4个高度可调地脚。

进一步地，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置上均设有标定转盘。

进一步地，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置的旋转角度范围均为0°～360°。

进一步地，该校准设备上的零部件均由抗磁性金属材料制成。

进一步地，第二筒状体内设有安装板，待校准的姿态检测装置固定于安装板上。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明采用XYZ三轴旋转平台，可以模拟管道内检测器的俯仰姿态转动、航向姿态转动，以及基于管道轴向方向周向自转。通过安装在XYZ三轴旋转平台上的检测其俯仰及航向姿态的姿态传感器，以及XYZ三轴旋转角度检测装置或标定装置，可以标定俯仰姿态转动角度、航向姿态转动角度，以及基于管道轴向方向周向自转角度。待测姿态检测装置检测到的状态与姿态传感器检测的姿态数据进行对比，从而获取待测姿态检测装置的精度，并对系统误差进行校对。从而可以校准待校准的姿态检测装置。

XYZ三轴旋转平台可采用伺服电机旋转驱动，并采用带闭环的控制系统控制伺服电机的工作，可以实现精准旋转角度，并可用于检测旋转角度。从而可实现全自动的检测及校正。

还可以在X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置上设置标定转盘，当采用手轮驱动旋转时，可人工读数校正。

附图说明

图1为本发明的一种结构立体图。

图2为本发明的一种结构剖视图。

图3为图2的A向剖视图。

图中：1，Y轴标定转盘；2，X轴伺服电机；3，X轴手电动切换离合装置；4，X轴标定转盘；5，Y轴伺服电机；6，Y轴手电动切换离合装置；7，支臂；8，Z轴标定转盘；9，Z轴手电动切换离合装置；10，Z轴伺服电机；11，圆形底板；12、可调地脚；13、Y左旋转轴；14、Y右旋转轴；15、姿态检测装置安装孔；16、姿态传感器；17、第一筒状体；18、第二筒状体；19、安装板；20、姿态检测装置。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图3，一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，包括XYZ三轴旋转平台，XYZ三轴旋转平台包括从上至下依次连接的X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置，X轴旋转装置包括：第一筒状体17，套接在第一筒状体17内的第二筒状体18，以及X轴旋转驱动装置；第二筒状体18用于模拟管道内检测器，其上安装待校准的姿态检测装置20，其在X轴旋转驱动装置驱动下相对第一筒状体17绕X轴旋转；Y轴旋转装置包括Y轴旋转驱动装置，Z轴旋转装置包括Z轴旋转驱动装置；在Y轴旋转驱动装置驱动下第一筒状体17绕Y轴旋转；在Z轴旋转驱动装置驱动下，Y轴旋转装置绕Z轴旋转；姿态检测装置20包括用于检测管道内检测器俯仰及航向姿态的姿态传感器16,姿态传感器16安装在第二筒状体18上。

姿态检测装置20一般为圆筒状，其上设有姿态传感器16，姿态检测装置20上设有姿态检测装置安装孔15；第二筒状体18可为圆筒，可在第二筒状体18内设有安装板19，待校准的姿态检测装置20可固定于安装板19上。比如可在第二筒状体18底部设置底板，底板作为安装板19；其上设有螺栓固定孔，可通过螺栓穿过待校准姿态检测装置20的安装孔，将其固定到第二筒状体18的安装板19上，从使待测姿态检测装置20与安装板19相对固定。

安装板19可与X轴旋转轴固接，X轴旋转轴带动安装板19旋转，从而带动待校准的姿态检测装置20旋转。安装板19可采用现有技术中的结构与X轴旋转轴固接。

可在第一筒状体17和第二桶体之间设置轴承，第一筒状体17与轴承外圈相对固定，第二筒状体18与轴承内圈相对固定。X轴旋转驱动装置的旋转轴也与轴承内圈相对固定。X轴旋转驱动装置的旋转轴旋转时，带动第二筒状体18旋转。

进一步地，X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置可设有伺服电机和/或手轮。

比如，X轴旋转驱动装置可包括X轴伺服电机2、X轴手电动切换离合装置3及X轴旋转手轮；手动状态下，X轴手电动切换离合装置3切换在手动档位，X轴伺服电机2的输出轴与X轴旋转轴处于脱开状态，X轴旋转手轮可以驱动X轴旋转轴旋转；电动状态下，X轴手电动切换离合装置3切换在电动档位，X轴伺服电机2的输出轴与X轴旋转轴处于结合状态，X轴伺服电机2可以驱动X轴旋转轴旋转；X轴旋转轴带动第二筒状体18绕X轴旋转。

Y轴旋转驱动装置可包括Y轴伺服电机5、Y轴手电动切换离合装置6及Y轴旋转手轮；手动状态下，Y轴手电动切换离合装置6切换在手动档位，Y轴伺服电机5的输出轴与Y轴旋转轴处于脱开状态，Y轴旋转手轮可以驱动Y轴旋转轴旋转；电动状态下，Y轴手电动切换离合装置6切换在电动档位，Y轴伺服电机5的输出轴与Y轴旋转轴处于结合状态，Y轴伺服电机5可以驱动Y轴旋转轴旋转；Y轴旋转轴带动第一筒状体17绕Y轴旋转。

Z轴旋转驱动装置可包括Z轴伺服电机10、Z轴手电动切换离合装置9及Z轴旋转手轮；手动状态下，Z轴手电动切换离合装置9切换在手动档位，Z轴伺服电机10的输出轴与Z轴旋转轴处于脱开状态，Z轴旋转手轮可以驱动Z轴旋转轴旋转；电动状态下，Z轴手电动切换离合装置9切换在电动档位，Z轴伺服电机10的输出轴与Z轴旋转轴处于结合状态，Z轴伺服电机10可以驱动Z轴旋转轴旋转；Z轴旋转轴带动Y轴旋转装置绕Z轴旋转。

X、Y、Z轴手电动切换离合装置9可采用现有技术中的手电动切换离合装置结构，比如可采用现有技术中的手柄切换离合装置及按钮切换离合装置等。

当X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置设有伺服电机时，还可包括控制伺服电机工作的控制系统，控制系统可包括电机旋转角度负反馈闭环控制系统。旋转角度负反馈闭环控制系统可采用现有技术中的旋转角度负反馈闭环伺服控制系统。

进一步地，Y轴旋转装置还可包括两个支臂7和位于两个支臂7上的旋转支架；旋转支架在Y轴旋转驱动装置驱动下相对支臂7绕Y轴旋转，第一筒状体17固定在旋转架上。两个支臂7位于第一筒状体17侧壁的左右两侧。

旋转支架可采用现有技术中的结构，来实现固定第一筒状体17，且可以绕Y轴旋转。比如，可在第一筒状体17侧壁开孔，固定安装轴套，轴套内固定安装旋转轴，旋转轴架设在支臂7上。

比如：旋转支架可包括Y左旋转轴13、Y右旋转轴14，Y左旋转轴13、Y右旋转轴14分别对应与第一筒状体17的左右侧壁固接，Y左旋转轴13、Y右旋转轴14通过轴承与支臂7旋转连接。Y轴旋转装置同时设置伺服电机和手轮时，伺服电机和手轮可左右设置，Y左旋转轴13、Y右旋转轴14可分别对应与伺服电机的输出轴或手轮连接，通过Y轴手电动切换离合装置6，实现伺服电机的输出轴与Y左旋转轴13或Y右旋转轴14结合或脱开。因为Y左旋转轴13、Y右旋转轴14均与第一筒状体17的左右侧壁固接，则Y左旋转轴13和Y右旋转轴14，一个主动旋转时，另一个则被动旋转。

进一步地，Z轴旋转装置还可包括底座，底座上可设有在Z轴旋转驱动装置驱动下相对底座绕Z轴旋转的水平圆盘；Y轴旋转装置可固定在水平圆盘上。当Y轴旋转装置采用两个支臂7时，两个支臂7可对称固接在水平圆盘上。

进一步地，底座可包括圆形底板11，圆形底板11可周向均布3～4个高度可调地脚12。

进一步地，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置上均设有标定转盘,可在手轮上设置旋转角度刻度标识，可使手轮成为标定转盘来使用。

比如，X轴旋转装置上设有X轴标定转盘4；X轴标定转盘4可作为X轴旋转手轮；Y轴旋转装置上设有Y轴标定转盘1；Y轴标定转盘1可作为Y轴旋转手轮；Z轴旋转装置上设有Z轴标定转盘8；Z轴标定转盘8可作为Z轴旋转手轮。

进一步地，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置的旋转角度范围可均为0°～360°。

进一步地，该校准设备上的零部件可均由抗磁性金属材料制成。抗磁性金属材料可包括无磁钢材料、铜、铝等，降低磁性对姿态检测装置20的干扰。

下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的结构及工作原理：

一种用于管道内检测器姿态检测装置的测试设备包括：包括XYZ三轴旋转平台，XYZ三轴旋转平台包括从上至下依次连接的X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置，X轴旋转装置包括：第一筒状体17，套接在第一筒状体17内的第二筒状体18，以及X轴旋转驱动装置；第二筒状体18用于模拟管道内检测器，其上安装待校准的姿态检测装置20，其在X轴旋转驱动装置驱动下相对第一筒状体17绕X轴旋转；Y轴旋转装置包括Y轴旋转驱动装置，Z轴旋转装置包括Z轴旋转驱动装置；在Y轴旋转驱动装置驱动下第一筒状体17绕Y轴旋转；在Z轴旋转驱动装置驱动下，Y轴旋转装置绕Z轴旋转；第二筒状体18上设有用于检测其俯仰及航向姿态的姿态传感器16。

Y轴旋转装置还包括两个支臂7和位于两个支臂7上的旋转支架；旋转支架在Y轴旋转驱动装置驱动下相对支臂7绕Y轴旋转，第一筒状体17固定在旋转架上。两个支臂7上固接有轴承座，旋转支架包括Y左旋转轴13、Y右旋转轴14；Y左旋转轴13、Y右旋转轴14，两者一端与轴承座的轴承内圈固接；两者另一端对应与第一筒状体17的左右侧壁固接。Y左旋转轴13、Y右旋转轴14通过轴承与支臂7旋转连接。

Z轴旋转装置还包括底座，底座上设有在Z轴旋转驱动装置驱动下相对底座绕Z轴旋转的水平圆盘；Y轴旋转装置固定在水平圆盘上。

X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置均采用伺服电机和手轮两种方式驱动；三者均包括依次连接的伺服电机、手电动切换离合装置、传动轴；传动轴即旋转轴，在第一筒状体17和第二筒状体18之间设有轴承，X轴旋转驱动装置的传动轴与轴承配合，其一端与手电动切换离合装置连接，另一端与第二筒状体18固接。

X轴旋转装置上、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置上均设有标定转盘。标定转盘与手轮集成为一体，既作为标定转盘也作为手轮使用。其中Z轴的水平圆盘还作为标定转盘及手轮使用。

三个伺服电机用于控制三轴转台测试工装的空间运动，可实现空间内测试工装俯仰姿态运转、航向姿态运转，以及基于圆筒轴向方向周向自转。

较佳地，测试设备的零部件制作所用材料为无磁钢材料，降低磁性对姿态检测装置的干扰。第二筒状体18为圆筒，在圆筒一端或圆筒中间内固接安装板19，在安装板19开设螺栓固定孔，可将待校准姿态检测装置20通过螺栓固定到圆筒内。

X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置旋转角度均为0～360°，X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置，三者可独立旋转也可同时旋转。

设置闭环控制系统控制三个伺服电机的工作；通过电机自带的角度编码器实现旋转角度负反馈闭环控制，可进行自动连续测试。

底座设计为圆形底板11，圆板圆周按照90°等分设计4个可调螺栓铜柱，通过调整螺栓高度，可对三轴转台进行整体调平。

附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于描述本发明的原理，但是应该理解，这些描述只是示例性的，并非用于限定本发明的范围。显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明公开的概念。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合和/或调换相对位置关系。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，包括XYZ三轴旋转平台，XYZ三轴旋转平台包括从上至下依次连接的X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置，X轴旋转装置包括：第一筒状体，套接在第一筒状体内的第二筒状体，以及X轴旋转驱动装置；第二筒状体用于模拟管道内检测器，其上安装待校准的姿态检测装置，其在X轴旋转驱动装置驱动下相对第一筒状体绕X轴旋转；Y轴旋转装置包括Y轴旋转驱动装置，Z轴旋转装置包括Z轴旋转驱动装置；在Y轴旋转驱动装置驱动下第一筒状体绕Y轴旋转；在Z轴旋转驱动装置驱动下，Y轴旋转装置绕Z轴旋转。

2.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置设有伺服电机和/或手轮。

3.根据权利要求2所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，当X轴旋转驱动装置、Y轴旋转驱动装置及Z轴旋转驱动装置设有伺服电机时，还包括控制伺服电机工作的控制系统，控制系统包括电机旋转角度负反馈闭环控制系统。

4.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，Y轴旋转装置还包括两个支臂和位于两个支臂上的旋转支架；旋转支架在Y轴旋转驱动装置驱动下相对支臂绕Y轴旋转，第一筒状体固定在旋转架上。

5.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，Z轴旋转装置还包括底座，底座上设有在Z轴旋转驱动装置驱动下相对底座绕Z轴旋转的水平圆盘；Y轴旋转装置固定在水平圆盘上。

6.根据权利要求5所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，底座包括圆形底板，圆形底板周向均布4个高度可调地脚。

7.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置上均设有标定转盘。

8.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，X轴旋转装置、Y轴旋转装置及Z轴旋转装置的旋转角度范围均为0°～360°。

9.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，该校准设备上的零部件均由抗磁性金属材料制成。

10.根据权利要求1所述的用于校准管道内检测器姿态检测装置的校准设备，其特征在于，第二筒状体内设有安装板，待校准的姿态检测装置固定于安装板上。

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