CN116124058A - 一种线位移传感器动态自动化校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线位移传感器动态自动化校准装置及方法，该装置包括底座、基准单元、位移传感器安装单元和控制器：基准单元包括光栅尺，位移传感器安装单元包括可调工作台，被检位移传感器安装在可调工作台上，移动可调工作台的位置，使得被检位移传感器的校准点位于光栅尺的延长线上。本发明中，把被检位移传感器安装在标准长度即光栅尺标准线安放在被测长度量即的延长线上，避免了因导轨误差引起的一次测量误差，在检定和测试中遵守阿贝原则，有效提高测量的准确度。

Description

一种线位移传感器动态自动化校准装置及方法

技术领域

本发明涉及电子测量和数据处理领域，特别涉及一种线位移传感器动态自动化校准装置及方法。

背景技术

线位移传感器可用来测量位移、距离、位置和应变量等长度尺寸，在工程测试中应用广泛。线位移传感器输出信号的类型多，绝大部分线位移传感器输出电信号。

由于线位移传感器具有测量精度高、重复性好、安装方便，被广泛用于汽车装配、注塑等各工业应用中。目前，线位移传感器是根据JJF 1305-211《线位移传感器校准规范》进行校准。按照线位移校准规范对线位移传感器进行校准时，在传感器量程范围内均匀分布11个校准点，循环3次获得正反行程误差数据。

目前，这项校准工作都是在手动、静态方式下进行，不但效率低下、耗时长，而且容易造成数据漂移，最终导致测量精度不可靠、不能满足现场使用精度需求。

发明内容

本发明的目的是针对线位移传感器的校准问题，提出一种线位移传感器动态自动化校准装置及方法。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种线位移传感器动态自动化校准装置，该装置包括底座、基准单元、位移传感器安装单元和控制器：

基准单元，包括第一直线导轨、滑块、测量轴、光栅尺、丝杠和电机，所述第一直线导轨安装在底座上，且第一直线导轨内设置有丝杠，所述的滑块安装在丝杠上，所述滑块的上表面安装测量轴和光栅尺；

位移传感器安装单元，包括可调工作台，设置于底座的一端，被检位移传感器安装在可调工作台上，所述被检位移传感器的安装头设置于测量轴的端部，移动可调工作台的位置，使得被检位移传感器的校准点位于光栅尺的延长线上。

进一步地，所述的光栅尺安装在测量轴上。

进一步地，位移传感器安装单元还包括第二直线导轨和调直杆，所述的第二直线导轨安装在底座上，且与前述第一直线导轨平行设置，所述的调直杆安装在前述第二直线导轨上，且能够沿第二直线导轨滑动，用于检测被检位移传感器的校准点在近端和远端与光栅尺的距离，是否都位于光栅尺的延长线上。

进一步地，所述的调直杆包括纵向调节立柱，以及安装在纵向调节立柱上的横向调节杆。

进一步地，所述测量轴上装有至少一个温度传感器，所述的温度传感器用于采集光栅尺所在环境温度，其检测信号输出端与控制器相连。

一种线位移传感器动态自动化校准方法，应用校准装置，该方法包括以下步骤：

传感器安装，放置被检位移传感器于可调工作台上，将安装头固定于测量轴的端部，移动可调工作台的位置，目测使得被检位移传感器的位于光栅尺的延长线上；

接线供电，根据被检位移传感器的型号，控制器驱动电机运转，通过丝杠带动测量轴和光栅尺至相应校准点，控制器通过脉冲信号瞬间采集数字多用表获取的被检位移传感器的输出值，控制器对被检位移传感器输出值以及光栅尺的输出值进行处理，获取校准结果，获取检测结果。进一步地，传感器安装之后，还包括精调步骤，移动光栅尺和调直杆，查看被检位移传感器的校准点在近端和远端与光栅尺的距离，移动可调工作台，使得校准点在近端和远端都位于光栅尺的延长线上。

进一步地，精调之后，还包括温度补偿步骤：

通过温度传感器采集光栅尺所在环境温度，并且输出至控制器，基于光栅尺的温度系数补偿光栅尺的位移数据。

进一步地，接线供电时，将被检位移传感器的输出信号端接入数字多用表，通过数字多用表接收被检位移传感器的电压或电流信号；将数字多用表的端口与控制器相连，设置串口号，用于数据获取。

进一步地，接线供电时，控制器驱动电机运转，通过丝杠带动测量轴和光栅尺至相应的校准点，实现动态连续的任意点校准。

本发明的有益效果：

本发明的高精度微位移平台，把被检位移传感器安装在标准长度即光栅尺标准线的延长线上，避免了因导轨误差引起的一次测量误差，在检定和测试中遵守阿贝原则，有效提高测量的准确度。

本装置是以通过温度补偿的高精度光栅尺作为设计基准，实现被测器具在其被测长度的延长线上；本装置可以同步采集补偿后的长度基准和位移传感器数据，实时，动态连续根据预设校准点或者任意设置点进行采集，可靠性高。

本发明能够通过丝杠带动测量轴和光栅尺至相应的校准点，实现动态连续的全量程点位校准，校准精度高，使得校准结果能够满足其现场使用精度需求。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明的整体结构示意图。

图2示出了本发明的俯视结构示意图。

图3示出了本发明的线位移传感器校准工作流程图。

图中：1、底座；2、基准单元；3、位移传感器安装单元、4、被检位移传感器；5、安装头；6、数字多用表；7、控制器；

21、第一直线导轨；22、滑块；23、测量轴；24、光栅尺；25、丝杠；26、电机；27、温度传感器；28、光栅读数头；

31、可调工作台；32、第二直线导轨；33、调直杆。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例一：

如图1、2所示，一种线位移传感器动态自动化校准装置，该装置包括底座1、基准单元2、位移传感器安装单元3和控制器7：

基准单元2，包括第一直线导轨21、滑块22、测量轴23、光栅尺24、丝杠25和电机26，所述第一直线导轨21安装在底座1上，且第一直线导轨21内设置有丝杠25，所述的滑块22安装在丝杠25上，所述滑块22的上表面安装测量轴23和光栅尺24；

位移传感器安装单元3，包括可调工作台31，设置于底座1的一端，被检位移传感器4安装在可调工作台31上，所述被检位移传感器4的安装头5设置于测量轴23的端部，移动可调工作台31的位置，使得被检位移传感器4的校准点位于光栅尺24的延长线上。

在本实施方式中，通过移动可调工作台31，目测把被检位移传感器安装在标准长度的延长线上，避免了因导轨误差引起的一次测量误差，在检定和测试中遵守阿贝原则，有效提高测量的准确度。

实施例二：

在实施例一的基础上，位移传感器安装单元还包括第二直线导轨32和调直杆33，所述的第二直线导轨32安装在底座上，且与前述第一直线导轨21平行设置，所述的调直杆33安装在前述第二直线导轨32上，且能够沿第二直线导轨32滑动，用于检测被检位移传感器4的校准点在近端和远端与光栅尺24的距离，是否都位于光栅尺24的延长线上；

所述的调直杆33包括纵向调节立柱，以及安装在纵向调节立柱上的横向调节杆。

在本实施方式中，通过设置调直杆33进行精调，移动光栅尺24和调直杆33，查看被检位移传感器4的校准点在近端和远端与光栅尺24的距离，移动可调工作台31，使得校准点在近端和远端时，调直杆33的端部均贴近被检位移传感器4的检测线且不触碰，此时，被检位移传感器4更贴近光栅尺24的延长线上；进一步提高测量的准确度。

实施例三：

在实施例二的基础上，所述测量轴23上装有至少一个温度传感器27，所述的温度传感器27用于采集光栅尺24所在环境温度，其检测信号输出端与控制器7相连。

在本实施方式中，通过温度传感器27采集光栅尺24所在环境温度，并且输出至控制器7，基于光栅尺24的温度系数补偿光栅尺24的位移数据，当多个温度传感器时，取均值作为温度系数，补充光栅尺的数据。

本发明的实现步骤如图3所示，具体包括：

1、传感器安装：将被检位移传感器4即线位移传感器安装在可调工作台31上并固定，通过稳压电源给线位移传感器供电，将线位移传感器输出信号端接入数字多用表6，通过数字多用表6接收线位移传感器电压或电流信号。

2、传感器数据接口对接：将数字多用表6的端口与上位机相连，设置串口号，用于传感器数据的获取。

3、校准规程设置：根据线位移传感器的型号，选定校准规程，设置校准点。

4、微位移平台设置：按照传感器的型号，设置光栅尺24的行程、速度、校准模式等参数。在设置校准模式参数时，可以选择静态校准模式，即在量程范围内选择11点校准点，也可以选择动态模式，在全量程内进行校准。最后，启动电机26，驱动丝杠25转动，通过滑块22带动光栅尺24移动。

5、传感器校准：通过测量轴23移动同步带动线位移传感器同步移动。通过脉冲同步触发装置，控制器同步实时获取光栅尺24数据和位移传感器输出数据。

6、数据处理：在完成校准、数据采集工作后，控制器进行基本误差、重复性、线性度等指标的计算，输出校准报告。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种线位移传感器动态自动化校准装置，其特征在于，该装置包括底座(1)、基准单元(2)、位移传感器安装单元(3)和控制器(7)：

基准单元(2)，包括第一直线导轨(21)、滑块(22)、测量轴(23)、光栅尺(24)、丝杠(25)和电机(26)，所述第一直线导轨(21)安装在底座(1)上，且第一直线导轨(21)内设置有丝杠(25)，所述的滑块(22)安装在丝杠(25)上，所述滑块(22)的上表面安装测量轴(23)和光栅尺(24)；

位移传感器安装单元(3)，包括可调工作台(31)，设置于底座(1)的一端，被检位移传感器(4)安装在可调工作台(31)上，所述被检位移传感器(4)的安装头(5)设置于测量轴(23)的端部，移动可调工作台(31)的位置，使得被检位移传感器(4)的校准点位于光栅尺(24)的延长线上。

2.根据权利要求1所述的线位移传感器动态自动化校准装置，其特征在于，所述的光栅尺(24)安装在测量轴(23)上。

3.根据权利要求1所述的线位移传感器动态自动化校准装置，其特征在于，位移传感器安装单元还包括第二直线导轨(32)和调直杆(33)，所述的第二直线导轨(32)安装在底座上，且与前述第一直线导轨(21)平行设置，所述的调直杆(33)安装在前述第二直线导轨(32)上，且能够沿第二直线导轨(32)滑动，用于检测被检位移传感器(4)的校准点在近端和远端与光栅尺(24)的距离，是否都位于光栅尺(24)的延长线上。

4.根据权利要求3所述的线位移传感器动态自动化校准装置，其特征在于，所述的调直杆(33)包括纵向调节立柱，以及安装在纵向调节立柱上的横向调节杆。

5.根据权利要求1所述的线位移传感器动态自动化校准装置，其特征在于，所述测量轴(23)上至少包括一个温度传感器(27)，所述的温度传感器(27)用于采集光栅尺(24)所在环境温度，其检测信号输出端与控制器(7)相连。

6.一种线位移传感器动态自动化校准方法，应用权利要求1所述的校准装置，其特征在于该方法包括以下步骤：

传感器安装，放置被检位移传感器(4)于可调工作台(31)上，将安装头(5)固定于测量轴(23)的端部，移动可调工作台(31)的位置，目测使得被检位移传感器(4)的位于光栅尺(24)的延长线上；

接线供电，根据被检位移传感器(4)的型号，控制器(7)驱动电机(26)运转，通过丝杠(25)带动测量轴(23)和光栅尺(24)至相应校准点，控制器(7)通过脉冲信号瞬间采集数字多用表(6)获取的被检位移传感器(4)的输出值，控制器(7)对被检位移传感器(4)以及光栅尺(24)的输出值进行处理，获取校准结果。

7.根据权利要求6所述的线位移传感器动态自动化校准方法，其特征在于传感器安装之后，还包括精调步骤，移动光栅尺(24)和调直杆(33)，查看被检位移传感器(4)的校准点在近端和远端与光栅尺(24)的距离，移动可调工作台(31)，使得校准点在近端和远端都位于光栅尺(24)的延长线上。

8.根据权利要求7所述的线位移传感器动态自动化校准方法，其特征在于精调之后，还包括温度补偿步骤：

通过温度传感器(27)采集光栅尺(24)所在环境温度，并且输出至控制器(7)，基于光栅尺(24)的温度系数补偿光栅尺(24)的位移数据。

9.根据权利要求6所述的线位移传感器动态自动化校准方法，其特征在于接线供电时，将被检位移传感器(4)的输出信号端接入数字多用表(6)，通过数字多用表(6)接收被检位移传感器(4)的电压或电流信号；将数字多用表(6)的端口与控制器(7)相连，设置串口号，用于数据获取。

10.根据权利要求6所述的线位移传感器动态自动化校准方法，其特征在于接线供电时，控制器(7)驱动电机(26)运转，通过丝杠(25)带动测量轴(23)和光栅尺(24)至相应的校准点，实现动态连续的任意点校准。

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