CN219284305U - 姿态传感器角度标定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种姿态传感器角度标定装置，该标定装置包括固定支架、多向位移组件、旋转组件、第一定位组件和第二定位组件，固定支架包括上端架和底座；多向位移组件设置在底座上；旋转组件设置在多向位移组件上；第一定位组件用于定位、承载工件的第一端，设置在旋转组件上并能够带动工件跟随旋转组件旋转；第二定位组件设置在上端架上，用于定位工件的第二端，多向位移组件用于带动第一端在一个或多个方向上移动以改变工件的轴心线相对于垂线的偏移角度，第二定位组件与第一定位组件还在工件位置确定后共同固定工件的轴心线，上述装置能够实现姿态传感器角度的高精度标定。

Description

姿态传感器角度标定装置

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及姿态传感器角度标定领域。

背景技术

姿态传感器一般安装在特定产品上，用于测量产品的角度等性能参数。由于姿态传感器的工作环境变化比较大，会影响零位和灵敏度的漂移，所以为了保证姿态传感器的精度要求，在生产、制造以及装配完成之后，必须对其进行标定处理，产品的角度姿态一般都需要进行角度标定。以柱式称重传感器为例，其在应用时发生倾斜会造成力学指标下降，倾斜补偿是提高其力学性能的有效方法。

倾斜补偿过程中对倾斜传感器的角度标定和方位角标定的精准性非常重要。常规标定装置是采用固定尺寸工装进行产品的位置限定，一般很难消除产品加工尺寸误差带来的影响，标定精度只能标定到倾斜角度±0.1°和方位角2°左右，对倾斜测试和补偿会造成很大误差。有鉴于此，需要提供一种姿态传感器角度标定装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种高精度姿态传感器角度标定装置，实现对姿态传感器角度的高精度标定。

为实现上述目的的姿态传感器角度标定装置用于标定带有姿态传感器的工件，该标定装置包括固定支架、多向位移组件、旋转组件、第一定位组件和第二定位组件，固定支架包括上端架和底座；多向位移组件设置在所述底座上；旋转组件设置在所述多向位移组件上；第一定位组件设置在所述旋转组件上，用于定位、承载所述工件的第一端，所述第一定位组件设置在所述旋转组件上并能够带动所述工件跟随所述旋转组件旋转；第二定位组件设置在所述上端架上，用于定位所述工件的第二端；其中，所述多向位移组件用于带动所述第一端在一个或多个方向上移动，以改变所述工件的轴心线相对于垂线的偏移角度，所述第二定位组件与所述第一定位组件还共同用于在所述工件位置确定后固定所述工件的轴心线。

在一个或多个实施例中，所述第二定位组件包括卡口和压头，所述第二端的一侧卡合在所述卡口内并与所述卡口存在至少两个接触点和/或接触面，所述压头用于对所述第二端的另一侧面限位，以与所述卡口共同实现对所述第二端的至少三点固定。

在一个或多个实施例中，所述第二定位组件还包括压头滑台气缸，设置在所述上端架上，用于带动所述压头移动。

在一个或多个实施例中，所述第一端包括圆弧球面，所述第一定位组件包括与所述圆弧球面配合的锥面，所述锥面的倾斜角度设置成能够保持所述圆弧球面始终与所述锥面接触。

在一个或多个实施例中，所述旋转组件包括回转支撑轴承和旋转电机，所述第一定位组件包括带有所述锥面的旋转座，所述旋转座设置在所述回转支撑轴承上，并被所述旋转电机带动旋转。

在一个或多个实施例中，所述旋转电机为步进电机。

在一个或多个实施例中，所述多向位移组件包括第一方向位移滑台、第二方向位移滑台、第一转接板和第二转接板，所述第二转接板设置在所述第二方向位移滑台上并能够沿第二方向移动，所述第二方向位移滑台固定设置在所述第一转接板上，所述第一转接板设置在所述第一方向位移滑台上并能够沿第一方向移动，所述第一方向位移滑台固定设置在所述底座上，所述旋转组件固定设置在所述第二转接板上，其中，所述第一方向和所述第二方向正交设置。

在一个或多个实施例中，该标定装置还包括控制平台，用于接收所述姿态传感器的输出信号，并发出控制所述多向位移组件、所述旋转组件的移动信号，还用于根据所述姿态传感器的输出数据计算出所述多向位移组件在一个或多个方向上的位移调整量。

上述姿态传感器角度标定装置通过旋转组件和第一定位组件、第二定位组件实现工件的自身旋转，进而改变工件内的姿态传感器位置，通过工件在多个姿态下的传感器输出数据，能够获得轴心线相对于垂线的偏移角度，并通过精准控制多向位移组件的位移量进而改变姿态传感器的倾斜姿态，直至获得姿态传感器的高精度垂直状态，进而实现在垂直状态下的精准标定数据和方位角精确标定。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是姿态传感器角度标定装置的一个实施例的结构示意图；

图2是多向位移组件的一个实施例的结构示意图；

图3是第二定位组件的一个实施例的结构示意图；

图4A是旋转座的一个实施例的侧视图；

图4B是旋转座的一个实施例的俯视图；

图5是姿态传感器角度标定方法的流程图。

符号标记说明

1 固定支架

2 多向位移组件

3 旋转组件

4 第一定位组件

5 第二定位组件

11 上端架

12 底座

13 立柱

15 工件

21 第一方向位移滑台

22 第二方向位移滑台

23 第一转接板

24 第二转接板

31 回转支撑轴承

32 旋转电机

33 底板

34 支撑板

35 小立柱

41 旋转座

42 定位孔

43 锥面

51 卡口

52 压头

53 压头滑台气缸

54 气缸转接板

112 上支撑板

151 第一端

152 第二端

231 滑台上转接板

232 滑台下转接板

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于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实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

在姿态传感器角度标定时，常采用固定尺寸工装进行产品的位置限定，容易存在较大标定误差。本公开所述的姿态传感器角度标定装置能够实现姿态传感器的角度值在工件中的高精度标定。

姿态传感器角度标定装置参照图1至图3理解，用于标定带有姿态传感器(图中未示出)的工件15，姿态传感器设置在待标定工件15内部，并与工件的轴心线存在夹角。下述内容以柱式称传感器作为工件15的实施例，本领域技术人员可以理解的是，工件还可以是包含姿态传感器的其他部件。

图1中的坐标轴以X轴方向表示第一方向，以Y轴方向表示第二方向，将垂直于X、Y轴的方向定义为Z轴，Z轴表示垂线所在方向。

该标定装置包括固定支架1、多向位移组件2、旋转组件3、第一定位组件4以及第二定位组件5。固定支架1包括上端架11和底座12，上端架11通过左右立柱13与底座12连接固定，多向位移组件2设置在底座12上，旋转组件3设置在多向位移组件2上。

第一定位组件4用于定位、承载工件15的第一端151，设置在旋转组件3上并能够带动工件15跟随旋转组件3旋转；第二定位组件5设置在上端架11上，用于定位工件15的第二端152。其中，多向位移组件2用于带动第一端151在一个或多个方向上移动，以改变工件15的轴心线相对于垂线的偏移角度，优选的，多向位移组件2带动第一端151在彼此正交的第一方向和第二方向上移动，以调整工件在底座上的位置。第二定位组件5与第一定位组件4还共同用于在工件15位置确定后固定工件的轴心线，以保证标定时工件的轴心线位置不变，进而提高标定精度。

由于工件15的第二端152在底座12所在平面方向上位置不变，并相对于上端架11位置固定，因此通过多向位移组件2的移动，能够带动工件15的第一端151移动，使得工件底部和工件顶部中心的连线、也即轴心线发生偏移而倾斜，进而相对于Z轴垂线方向产生相应偏移量。

多向位移组件2的一个实施例参照图2所示，包括第一方向位移滑台21、第二方向位移滑台22、第一转接板23和第二转接板24，第二转接板24设置在第二方向位移滑台22上并能够沿第二方向移动，第二方向位移滑台22固定设置在第一转接板23上。第一转接板23设置在第一方向位移滑台21上并能够沿第一方向移动。

进一步的，在一些实施例中，第一转接板23包括滑台上转接板231和滑台下转接板232，第二方向位移滑台22固定设置在滑台上转接板231上，滑台下转接板232能够在第一方向位移滑台21上移动，进而带动第二方向位移滑台22沿第一方向的移动。第一方向位移滑台21固定设置在底座12上，旋转组件3固定设置在第二转接板24上，进而带动实现工件15在多个方向上的位移，在底座12上实现平面运动，并带动工件15旋转。

在一些实施例中，第一定位组件4包括与第一端151圆弧球面配合的锥面43，锥面43的倾斜角度设置成能够保持圆弧球面始终与锥面43接触，以使工件在旋转过程中不发生较大位移。如图4A-4B所示，第一定位组件4包括旋转座41，旋转座41上带有锥面43，第一端151被承载于旋转座41上。

为保持对工件第二端152的圆弧面中心点的固定，在一些实施例中，第二定位组件5包括卡口51和压头52，压头52上表面和上端架11的上支撑板112的上表面平齐。第二定位组件5还包括压头滑台气缸53，通过气缸转接板54安装在上端架11上，用于带动压头52移动。第二端152的一侧卡合在卡口51内并与卡口51存在至少两个接触点和/或接触面，压头52用于对第二端152的另一侧面限位，以与卡口51共同实现对第二端152的至少三点固定，进而保证工件定位读数时的准确性。

卡口51可以为图3所示的V型口，工件第二端152的圆弧球面与V型口两侧接触定位，压头52定位面为平面，在压头滑台气缸53带动下压紧工件第二端152的圆弧球面，实现固定，卡口51也可以呈其他形状，只要能提供多点或多面固定的卡口形状均可以应用于本公开。带动压头52移动的部件可以为前述滑台气缸，也可以为滑轨等滑动结构。

由此，在工件旋转后，由第二定位组件5的卡口和压头52共同定位工件的上端圆弧球面，保证工件上端圆弧球面中心在X轴和Y轴方向不发生移动，并与第一定位组件4内的锥面43共同作用，实现工件轴心线的固定，保证标定读数时的精确度。

在一些实施例中，旋转组件3包括回转支撑轴承31和旋转电机32，旋转座41安装在回转支撑轴承31上，并被旋转电机32带动旋转，进而带动工件15一同旋转。

在一些实施例中，旋转电机32为步进电机，实现工件15底部定位和按指定角度旋转。回转支撑轴承31可以为诸如回转支撑交叉滚子轴承，旋转座41安装在回转支撑交叉滚子轴承上部，并和步进电机输出轴连接，步进电机带动旋转座41做同心旋转，进而带动工件沿自身轴心线方向旋转。

旋转组件3还可随第一方向位移滑台21和第二方向位移滑台22做平面移动，同时实现工件的旋转和倾斜，实现工件方位角的变化。如在一些实施例中，旋转组件3还包括底板33和支撑板34，旋转组件3通过底板33固定在沿Y轴方向的第二方向位移滑台22的第二转接板24上，跟随多向位移组件2移动，步进电机安装在支撑板34上，支撑板34通过小立柱35和底板33连接固定。

在一些实施例中，该标定装置还包括控制平台，用于接收姿态传感器的输出信号，并发出控制多向位移组件2、旋转组件3的移动信号，还用于根据姿态传感器的输出数据计算出多向位移组件2在一个或多个方向上的位移调整量。

下面对标定装置的使用过程进行介绍。如图1所示，标定装置在工作时，将工件15的Y轴正方向与第二方向位移滑台22正方向保持一致并安装工件，工件第一端151的六角头放置在旋转座41的定位孔42内，工件上部的第二端152靠紧上支撑板112的定位面。压头52在压头滑台气缸53带动下，能够沿-X轴方向压紧工件第二端152，也能够沿X轴方向松开第二端152，以容许工件15旋转。

在本实施例中，姿态传感器能够输出沿X、Y方向上的角度数据。标定过程中，先读取工件15内的姿态传感器沿初始X轴和Y轴两个方向上的倾斜角度θ_x1、θ_y1，之后步进电机带动工件15沿自身中心线方向旋转180°，再次读取工件内倾斜传感器的X轴倾斜角度θ_x2和Y轴倾斜角度θ_y2。

姿态传感器相对于工件自身轴心线存在一固定角度a，工件相对于垂线的偏移角β，则旋转前姿态传感器输出角度为θ_x1＝fx(β+a)，其中fx是姿态传感器输出角度θ_x与姿态传感器相对于工件自身轴心线的固定角度a和工件相对于垂线的偏移角β的函数。旋转后姿态传感器输出角度为θ_x2＝fx(β-a)，在X轴方向上，相对于X轴的角度和平均值Δθ_x＝(θ_x2+θ_x1)/2。通过利用该角度和平均值，能够获得工件相对于垂线的偏移角β，进而通过调整X轴和Y轴的位移量对该偏移角β进行纠正，直到工件达到要求的垂直精度。当角度和平均值不大于设定误差时，即认为工件达到要求垂直状态。

利用该角度Δθ_x在X轴方向上的分量，对工件在X轴方向上的位置进行调整。同样的，旋转前姿态传感器输出角度为θ_y1＝fy(β+a)，旋转后姿态传感器输出角度为θ_y2＝fy(β-a)，相对于Y轴的角度和平均值Δθ_y＝(θ_y2+θ_y1)/2。fy是姿态传感器输出的倾斜角度θ_y与姿态传感器相对于工件自身轴心线的固定角度a和工件相对于垂线的偏移角β的函数。对工件在Y轴方向上，以旋转前后姿态传感器相对于Y轴的角度和平均值角度Δθ_y为调整参考量，在Y轴方向上的位置进行调整。当Δθ_x、Δθ_y小于允许误差值时，判定工件处于理想垂直状态，此时读取的角度为精准的标定量。当Δθ_x、Δθ_y大于允许误差时，判定工件还未达到理想垂直状态，需继续调整，直到标定结果符合要求。

上述标定装置能够克服常规标定装置的局限性，补偿姿态传感器角度标定时精度低的不足，能够实现竖直状态下的精准标定。特别是在柱式称重传感器的倾斜测试应用中，标定精度小于±0.01°，方位角标定精度小于0.05°，实现柱式称重传感器倾斜角度的精确标定。装置整体构造简单，对于多个数量的工件标定，在第一件工件精准标定后，能够简化后续工件的标定流程，有效提高整批工件的标定效率。

结合上述对姿态传感器角度标定装置的介绍，还可以理解一种姿态传感器角度标定方法，该方法使用上述姿态传感器角度标定装置进行标定。参照图5所示的流程图，该标定方法包括如下步骤。

首先进行步骤S1，采集工件内的姿态传感器在第一姿态下分别相对彼此正交的第一方向和第二方向的夹角，如分别获得相对X方向和Y方向上夹角θ_x1、θ_y1；继续进行步骤S2，将工件旋转180°，采集工件内的姿态传感器在第二姿态下相对于第一方向和第二方向的夹角θ_x2、θ_y2；继续进行步骤S3，分别计算第一姿态和第二姿态下相对于第一方向和第二方向的夹角和平均值Δθ_x和Δθ_y；随后进行步骤S4。首先进行判定步骤S401，判断夹角和平均值是否大于预定误差值，预定误差值可以设置为0.01、0.02或0.05等，由工作人员根据所需精度进行具体确定。当夹角和平均值大于预定误差值时，说明工件轴心线相对于垂线偏角过大，需要进行步骤S402，将夹角和平均值转换为多向位移组件沿第一方向和第二方向上的调整位移量，并移动工件，获得新的偏移角，直到夹角和平均值符合要求；当夹角和平均值不大于预定误差值时，则进行步骤S403停止标定，认为此时垂直状态满足要求，获得角度标定数值可被使用。

在一些实施例中，在重复进行步骤S1-S3时，对在后获取输出数据先进行清零操作。清零操作即为角度参数减去调整后当前状态的角度值，即做角度偏置，以保证二次调整位置时的精确度。

在步骤S2中，工件旋转180°后，使用第一定位组件4和第二定位组件5固定工件15的轴心线，如在第一端151与旋转座41的锥面保持面面接触下，使用压头滑台气缸53带动压头52移动，将第二端152压紧在卡口51内，实现第二端152的固定，从而将工件的轴心线固定。

上述标定方法能够获取较高精度的标定量，且特别适用于一批多个具有不同加工误差的工件的连续标定。

工件的方位角指工件调整到竖直状态后在X轴方向和Y轴方向的倾斜角度。根据上述对姿态传感器标定装置及角度标定方法的介绍，还可以理解到一种姿态传感器方位角标定方法，该方法使用上述姿态传感器角度标定装置进行标定：首先使用该姿态传感器角度标定装置，将工件调整到垂直状态，如可使用前述标定方法获得要求的垂直状态；随后移动多向位移组件，改变工件的倾斜姿态，获得多组方位角和相应倾斜数据，进行工件方位角标定。由于前述方法能够保证工件处于精准垂直状态，因此对工件方位角也可以获得更为精准的标定。

需要说明的是，上述介绍中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不代表主次，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种姿态传感器角度标定装置，用于标定带有姿态传感器的工件(15)，其特征在于，该标定装置包括：

固定支架(1)，包括上端架(11)和底座(12)；

多向位移组件(2)，设置在所述底座(12)上；

旋转组件(3)，设置在所述多向位移组件(2)上；

第一定位组件(4)，用于定位、承载所述工件(15)的第一端(151)，设置在所述旋转组件(3)上并能够带动所述工件(15)跟随所述旋转组件(3)旋转；以及

第二定位组件(5)，设置在所述上端架(11)上，用于定位所述工件(15)的第二端(152)；

其中，所述多向位移组件(2)用于带动所述第一端(151)在一个或多个方向上移动，以改变所述工件(15)的轴心线相对于垂线的偏移角度，所述第二定位组件(5)与所述第一定位组件(4)还共同用于在所述工件位置确定后固定所述工件的轴心线。

2.如权利要求1所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述第二定位组件(5)包括卡口(51)和压头(52)，所述第二端(152)的一侧存在卡合在所述卡口(51)内并与所述卡口存在至少两个接触点和/或接触面，所述压头(52)用于对所述第二端(152)的另一侧面限位，以与所述卡口(51)共同实现对所述第二端(152)的至少三点固定。

3.如权利要求2所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述第二定位组件(5)还包括压头滑台气缸(53)，设置在所述上端架(11)上，用于带动所述压头(52)移动。

4.如权利要求1所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述第一端(151)包括圆弧球面，所述第一定位组件(4)包括与所述圆弧球面配合的锥面(43)，所述锥面(43)的倾斜角度设置成能够保持所述圆弧球面始终与所述锥面(43)接触。

5.如权利要求4所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述旋转组件(3)包括回转支撑轴承(31)和旋转电机(32)，所述第一定位组件(4)包括带有所述锥面(43)的旋转座(41)，所述旋转座(41)设置在所述回转支撑轴承(31)上，并被所述旋转电机(32)带动旋转。

6.如权利要求5所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述旋转电机(32)为步进电机。

7.如权利要求1所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，所述多向位移组件(2)包括第一方向位移滑台(21)、第二方向位移滑台(22)、第一转接板(23)和第二转接板(24)，所述第二转接板(24)设置在所述第二方向位移滑台(22)上并能够沿第二方向移动，所述第二方向位移滑台(22)固定设置在所述第一转接板(23)上，所述第一转接板(23)设置在所述第一方向位移滑台(21)上并能够沿第一方向移动，所述第一方向位移滑台(21)固定设置在所述底座(12)上，所述旋转组件(3)固定设置在所述第二转接板(24)上，

其中，所述第一方向和所述第二方向正交设置。

8.如权利要求1所述的姿态传感器角度标定装置，其特征在于，该标定装置还包括控制平台，用于接收所述姿态传感器的输出信号，并发出控制所述多向位移组件(2)、所述旋转组件(3)的移动信号，还用于根据所述姿态传感器的输出数据计算出所述多向位移组件(2)在一个或多个方向上的位移调整量。

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