专利名称：一种倾角传感器的校准系统及校准方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器技术，特别涉及一种倾角传感器的校准系统及校准方法。
背景技术：
目前，加速度倾角传感器或其他类型的倾角传感器，因具备体积小、功耗低、响应 速度快和可靠性高等优点，已经广泛应用于工程机械领域。与其他传感器相同，倾角传感器能够将被测的非电量变化转换成预定电量，以为 工程机械的控制和操纵提供数据信息；为了确保倾角传感器测量数据的均勻性，在测量的 范围内保证灵敏度的一致性，需要保持其输出输入特性具有线性性；但在事实上由于系统 误差和随机误差的影响，输出/输入特性总存在不同程度的非线性。为了满足工程机械的 角度测量的需要，保证倾角传感器良好的线性度，就需要对倾角传感器测量范围内多个角 度测量值进行校准，以提高倾角传感器的线性度。为了对倾角传感器的多个角度测量值进 行校准，现有技术利用分度头作为角度发生装置，对倾角传感器测量范围内的多个预定角 度测量值进行校准；虽然这种方式校准精度高，但是由于这种方法需要人工分别测量，无法 实现校准的自动化，造成校准效率很低，无法满足倾角传感器批量校对、指生产的需求。因此，如何提高倾角传感器的校准效率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种倾角传感器的校准系统及校准方法，以提高倾 角传感器的校准效率，更快地完成倾角传感器的线性度的校准。本发明提供的倾角传感器的校准系统包括控制器、驱动装置、架体、旋转轴、轴角 度测量装置、盘角度测量装置和至少一个校准盘；所述驱动装置的输出轴与旋转轴相连； 所述旋转轴可旋转地在安装在架体上，所述校准盘固定安装在旋转轴上；所述校准盘的校 准表面上安装待校准倾角传感器，所述校准表面与所述旋转轴的旋转轴线垂直；所述轴角 度测量装置和盘角度测量装置分别测量旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度；所述控制 器控制驱动装置，并根据旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度中的至少一个向待校准倾 角传感器发送数据。可选的，所述校准系统包括多个校准盘，多个校准盘的校准表面相互平行。可选的，所述校准系统包括多个校准盘和多个盘角度测量装置，所述多个校准盘 和多个盘角度测量装置一一对应。可选的，所述控制器能够在获取预定校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋 转角度之后，判断该校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度之间的差值是否满 足预定要求，并根据判断结果输出预定的信号。可选的，所述盘角度测量装置为圆光栅角度检测器，所述轴角度测量装置为旋转 编码器。可选的，所述旋转轴一端通过圆锥滚子轴承安装在架体上，另一端通过推力轴承
4安装在架体上。本发明提供的倾角传感器的校准方法包括安装步骤，将待校准倾角传感器固定在校准盘的校准表面上；所述校准盘固定安 装在一个旋转轴上；校准步骤，使所述旋转轴和校准盘多次绕一个水平轴旋转，分别到达多个不同的 校准位置；在每个所述校准位置，获取所述旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度；并使 待校准倾角传感器根据该校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度中的至少一 个改变自身数据；所述水平轴与待校准倾角传感器的基准轴垂直。优选的，在校准步骤之前，还包括自检步骤，使旋转轴和校准盘多次绕所述水平轴旋转，分别到达多个不同的所述 校准位置，进而获取多个校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度；根据校准位 置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度判断校准系统是否满足预定要求；如果为是， 则进入下一步骤。可选的，在自检步骤中，如果为否，则进入修正的校准步骤；在修正的校准步骤中，使所述待校准倾角传感器根据该校准位置的修正旋转角度 改变自身数据；所述修正旋转角度根据该校准位置的旋转轴的旋转角度、校准盘的旋转角 度和预定策略获得。可选的，多个所述校准位置平均分布在360度范围之内。与现有技术相比，本发明提供的倾角传感器的校准系统包括控制器、驱动装置、架 体、旋转轴、轴角度测量装置、盘角度测量装置和至少一个校准盘。在进行校准时，可以将待 校准倾角传感器安装在校准盘的校准表面上，并使待校准倾角传感器的基准轴与校准表面 平行；然后，通过驱动装置驱动旋转轴和校准盘绕旋转轴的旋转轴线多次旋转，分别到达多 个不同的校准位置；在每个所述校准位置，获取旋转轴的旋转角度或校准盘的旋转角度，并 使待校准倾角传感器接收该校准位置的旋转角度或/和旋转角度，再使待校准倾角传感器 根据相应旋转角度和预定的策略改变自身数据；通过多个校准位置，可以对倾角传感器的 多个角度测量值进行校准，进而完成倾角传感器线性度的校准。与现有技术相比，该校准 系统能够大幅度地提高倾角传感器的校准效率。另外，根据旋转轴的旋转角度或/和校准 盘的旋转角度进行校准可以减小校准误差。更重要的是设置轴角度测量装置和盘角度测 量装置还可以实现校准系统的自检，即在进行校准之前，检验校准系统是否达到预定的精 度。自检过程中，使驱动装置驱动旋转轴和校准盘多次绕所述旋转轴的旋转轴线旋转，分别 到达上述多个校准位置，并获取多个所述校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角 度；根据相应校准位置的旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度判断校准系统是否达到预 定的精度，判断方式可以是判断旋转轴的旋转角度和校准盘的旋转角度之差是否小于预定 值；如果判断结果为是，则可以确定校准系统的精度满足预定要求，如果为否，则可以确定 校准系统的精度不能满足预定要求。在满足预定要求的情况下，再对倾角传感器进行校准。 在校准系统具有自检功能的情况下，不仅可以提高校准的精度，还可以根据自检结果及时 对校准系统进行调整和维护处理，保证校准系统的适应性，使校准系统能够适应不同的工 作场景和工作条件。在进一步的技术方案中，校准系统包括多个校准盘，且多个校准盘的校准表面相互平行。这样，每个校准盘均可以安装待校准倾角传感器，并对相应的倾角传感器进行校 准。这样，利用该校准系统可以同时对多个倾角传感器进行校准，进而满足倾角传感器批量 校准和批量生产的需要。在进一步的技术方案中，校准系统包括多个校准盘和多个盘角度测量装置，所述 多个校准盘和多个盘角度测量装置一一对应。这样，在校准过程中，安装在各个校准盘的待 校准倾角传感器可以根据与相应校准盘相对应的盘角度测量装置测量获得的数据进行校 准；在自检过程中，与各校准盘相对应的盘角度测量装置分别获得相应校准盘的旋转角度， 这样，可以使旋转轴的旋转角度分别与多个校准盘的旋转角度进行比较，进而分别判断各 校准盘是否均满足校对精度需要。在进一步的技术方案中，所述旋转轴一端通过圆锥滚子轴承安装在架体上，另一 端通过推力轴承安装在架体上。这样一方面可以提高旋转轴旋转轴线的同心度，另一方面 可以方便旋转轴的调整，保证校准系统的校准精度。在进一步的技术方案中，所述校准盘的校准表面上设置多个与待校准倾角传感器 相配合的安装座。在安装待校准倾角传感器之后，相对于校准表面的旋转中心点和预定的 基准线，各待校准倾角传感器的基准轴线具有不同的校准基角。在校准表面上固定多个待 校准倾角传感器时，可以使控制器根据各待校准倾角传感器的校准基角向相应的待校准倾 角传感器发送不同的校准数据；也可以使各待校准倾角传感器根据接收到的相应旋转数据 和自身的校准基角，进行不同的处理。这样通过一个校准盘就可以实现对多个倾角传感器 进行校准，提高校准效率。同样，本发明提供的倾角传感器的校准方法也具有相应的技术效果。
图1是本发明实施例提供的倾角传感器的校准系统的结构原理示意图；图2是本发明实施例提供的倾角传感器的校准系统的控制原理示意图；图3是图1中，校准盘校准表面视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应 对本发明的保护范围有任何的限制作用。请参考图1和图2、图1是本发明实施例提供的倾角传感器的校准系统的结构原理 示意图；图2是本发明实施例提供的倾角传感器的校准系统的控制原理示意图。实施例提供的校准系统包括控制器500、驱动装置300、架体900、旋转轴800、轴角 度测量装置100、盘角度测量装置200和5个校准盘700 ；当然，校准系统还包括提供电能的 电源模块600 ；轴角度测量装置100、盘角度测量装置200、驱动装置300、控制器500及后述 的待校准倾角传感器400均与电源模块600相连。驱动装置300可以为步进电机，且其输出轴通过适当的减速器和联轴器与旋转轴 800的一端相连；旋转轴800水平延伸，两端分别通过轴承安装在架体900上，以能够相对 于架体900旋转。校准盘700安装在旋转轴800上，且校准盘700的校准表面与旋转轴800 的旋转轴线垂直；为了便于调整校准盘700与旋转轴800旋转轴线之间的垂直度，校准盘700通过可拆卸结构安装在旋转轴800上；校准盘700的校准表面上安装待校准倾角传感 器400。轴角度测量装置100的固定部分和旋转部分分别与架体900和旋转轴800固定，以 测量旋转轴900的旋转角度；盘角度测量装置测量200的固定部分和旋转部分分别与架体 900和校准盘700固定，以测量校准盘700的旋转角度。本例中，设置一个盘角度测量装置 200，通过适当的设置(如使多个校准盘700保持固定)可以保持各校准盘700的校准表面 之间的平行度。轴角度测量装置100和盘角度测量装置200可以根据实际需要选择合适的传感检 测装置，本例中，盘角度测量装置200为圆光栅角度检测器，轴角度测量装置100为旋转编 码器。轴角度测量装置100和盘角度测量装置200均与控制器500相连，使控制器500 能够接收轴角度测量装置100和盘角度测量装置200检测获得的角度数据，获得旋转轴800 的旋转角度和校准盘700的旋转角度。同时，控制器500与驱动装置300相连，并同时与各 待校准传感器400相连；这样，控制器500就可以通过驱动装置300控制旋转轴800和校准 盘700的旋转运动，并根据相应校准位置的轴角度测量装置100和盘角度测量装置200中 的至少一个及预定策略向待校准倾角传感器发送数据。以下描述本发明实施例提供的校准系统的工作原理，应当说明的是校准系统的 工作过程本身也是本发明提供的一种倾角传感器的校准方法，因此，在对本发明实施例提 供的校准系统的工作原理及工作过程进行描述的同时，对本发明提供的倾角传感器的校准 方法进行描述。在开始工作过程之前，先设定角度检测点，比如可以在360度范围内均勻设定360 个角度检测点，即每旋转1度为一个角度检测点。设定角度检测点可以通过控制器500设 定。在设定角度检测点之后，开始工作过程。校准系统工作过程包括两个自检过程和校准过程。自检过程是检测校准系统本身的精度是否满足预定要求的过程；自检过程包括自 检步骤使旋转轴800和校准盘700多次绕一个水平轴旋转，即控制器500控制驱动装置 300，驱动装置300驱动旋转轴800绕旋转轴800的旋转轴线旋转，每次旋转1度，并使校准 盘700分别到达预定的校准位置；这样校准盘700就能够依次到达360个校准位置。在每 一个校准位置，轴角度测量装置100获取旋转轴800的旋转角度，盘角度测量装置200获取 校准盘700的旋转角度。控制器500在获取每一个校准位置的旋转轴800的旋转角度和校 准盘700的旋转角度之后，判断相应旋转轴800的旋转角度和校准盘700的旋转角度之差 是否小于预定值，预定值的大小可以根据实际需要确定；如果判断结果为否，则说明校准系 统本身精度较低，不能满足校准需要。原因可能是校准盘700的旋转轴线与旋转轴800的 旋转轴线同轴度不符合要求，也可以是旋转轴800的旋转轴线直线度不符合要求，还可能 是旋转轴800旋转轴线跳动量过大，等等；此时，需要对校准系统进行调整和维护。如果判 断结果为是，则可以说明校准系统本身精度能够满足校准要求，可以进行校准，进而进入下 “■步骤。自检过程中，控制器500的判断过程可以在获取一个校准位置的旋转轴800的旋 转角度和校准盘700的旋转角度之后进行判断，也可以在获取所有校准位置的旋转轴800
7的旋转角度和校准盘700的旋转角度之后进行判断。其判断的具体方式可以根据实际需要 确定，可以根据任一个校准位置的旋转轴800的旋转角度和校准盘700的旋转角度之差是 否大于预定值进行判断；也可以根据所有校准位置中，旋转轴800的旋转角度和校准盘700 的旋转角度之差大于预定值的比例，即符合预定要求的校准位置数量与所有校准位置数量 的比例确定；还可以根据校准位置对倾角传感器线性度影响不同，确定各校准位置旋转轴 800的旋转角度和校准盘700的旋转角度之差的加权数，再根据加权后的数据进行判断，等等。校准系统还可以设置适当的输出装置，使输出装置与控制器500相连。这样，在自 检过程中，判断结果为否时，可以通过控制器500输出预定的信号；预定的信号可以是招警 信号，还可以根据旋转轴800的旋转角度和校准盘700的旋转角度之间差值的大小，输出不 同的信号，以使操作人员根据信号不同确定误差的大小级别，等等。为了方便对校准系统的调整，校准系统还可以设置调整机构，调整机构可以包括 调整轴承、调整框和四个调整螺杆，调整框与支架900固定，并设置有四个中心线相互垂 直、且均与旋转轴的旋转轴线垂直的调整螺孔；四个调整螺杆分别与四个调整螺孔配合，四 个调整螺杆的内端与所述调整轴承的外圈的外表面相抵触，调整轴承的内圈与旋转轴800 固定。根据各校准位置旋转轴800的旋转角度和校准盘700的旋转角度的差值，可以判断 旋转轴800的变形方向，通过调整适当的调整螺杆，可以实现对旋转轴800变形的补偿。在自检过程确定满足校准要求时，进入校准过程；校准过程包括安装步骤和校准 步骤。安装步骤为将待校准倾角传感器400固定在校准盘700的校准表面上，并使待校 准倾角传感器400的基准轴与校准表面平行。为了便于待校准倾角传感器400的固定，可 以在校准盘700的校准表面上设置与待校准倾角传感器400相配合的安装座，以方便待校 准倾角传感器400的固定，并有利于保证待校准倾角传感器400的固定精度。校准步骤为通过驱动装置300，使旋转轴800和校准盘700多次绕旋转轴800的 旋转轴线旋转，每次旋转1度，并分别到达预定的校准位置。在每一个校准位置，轴角度测 量装置100获取旋转轴的旋转角度，盘角度测量装置200获取校准盘的旋转角度。在每个 校准位置，控制器500接收到各校准位置校准盘700的旋转角度，并将接到的校准盘700的 旋转角度发送给待校准倾角传感器400，待校准倾角传感器400接收该校准位置的校准盘 700的旋转角度后，根据校准盘700的旋转角度改变自身数据，完成该校准位置的校准。在 旋转轴800和校准盘700依次到达并通360个校准位置后，就完成了其360个位置的校准。 在校准过程中，旋转轴800的旋转轴线保持水平，校准盘700的校准表面保持与旋转轴线垂 直；根据上述描述，可以确定，在校准过程中，只要待校准倾角传感器400与旋转轴800的旋 转轴保持垂直就可以实现本发明的目的。可以理解，待校准倾角传感器400不限于根据相应校准位置的校准盘700的旋转 角度改变自身数据，也可以根据相应校准位置的旋转轴800的旋转角度完成该校准位置的 校准；还可以对相应校准位置旋转轴800的旋转角度和校准盘700的旋转角度进行相应处 理，比如，通过控制器500取其中间值或求其平均方差后获取修正的旋转角度；再使待校准 倾角传感器400根据修正的旋转角度改变自身数据。与现有技术相比，该校准系统能够大幅度地提高倾角传感器的校准效率。由于具有轴角度测量装置100和盘角度测量装置200，校准系统可以进行自检，这不仅可以提高校 准的精度，还可以根据自检结果及时对校准系统进行处理，使校准系统能够适应不同的工 作场景和工作条件，保证校准系统的适应性。可以理解，其自检过程不限于在安装步骤之 前进行，也可以在校准步骤之前进行；在确定校准系统能够满足预定要求，或精度要求不高 时，也可以直接进行校准过程。为了进一步提高校准系统的自动性，同时减小校准误差，在自检过程，控制器500 判断结果为否，说明校准系统本身精度较低，不能满足校准需要时，还可以使控制器500自 动进行处理，比如，可以通过控制器500根据该校准位置的旋转轴800的旋转角度、校准盘 700的旋转角度和预定策略对该校准位置的旋转角度进行修正，获得修正旋转角度，再进行 安装步骤和修正的校准步骤。在修正的校准步骤中，将修正旋转角度发送给待校准倾角传 感器400，并使待校准倾角传感器400根据该校准位置的修正旋转角度改变自身数据，完成 该校准位置的校准。预定策略可以是根据校准系统的结构特点确定适当的公式或经验数据 获得修正旋转角度，等等。这样可以进一步提高倾角传感器的校准效率。根据上述描述，可以理解，在校准系统具有多个校准盘700时，可以设置多个盘角 度测量装置200，并使多个盘角度测量装置200分别与一个校准盘700相对应，以分别测量 一个校准盘700的旋转角度。请参考图3，该图是图1中，校准盘校准表面视图。如图所示，校准盘700的校准 表面上可以固定多个待校准倾角传感器400。在安装待校准倾角传感器400之后，相对于 校准表面的旋转中心点和预定的基准线，各待校准倾角传感器400的基准轴线具有不同的 校准基角。在校准表面上固定多个待校准倾角传感器400时，可以使控制器500根据各待 校准倾角传感器400的校准基角向相应的待校准倾角传感器发送不同的校准数据；也可以 使各待校准倾角传感器400根据接收到的相应旋转数据和自身的校准基角，进行不同的处 理。这样通过一个校准盘就可以实现对多个倾角传感器进行校准，提高校准效率。相配合 的安装座。为了方便安装待校准倾角传感器400安装，可以在校准表面上设置多个安装座。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，驱动装置不限于为步 进电机，也可以是其他驱动机构；这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种倾角传感器的校准系统，其特征在于，包括控制器(500)、驱动装置(300)、架 体(900)、旋转轴(800)、轴角度测量装置(100)、盘角度测量装置(200)和至少一个校准盘 (700)；所述驱动装置(300)的输出轴与旋转轴(800)相连；所述旋转轴(800)可旋转地在安 装在架体(900)上，所述校准盘(700)固定安装在旋转轴(800)上；所述校准盘(700)的 校准表面上安装待校准倾角传感器G00)，所述校准表面与所述旋转轴(800)的旋转轴线 垂直；所述轴角度测量装置(100)和盘角度测量装置(200)分别测量旋转轴(800)的旋转 角度和校准盘(700)的旋转角度；所述控制器(500)控制驱动装置(300)，并根据旋转轴 (800)的旋转角度和校准盘(700)的旋转角度中的至少一个向待校准倾角传感器(400)发 送数据。
2.根据权利要求1所述的倾角传感器的校准系统，其特征在于，包括多个校准盘 (700)，多个校准盘(700)的校准表面相互平行。
3.根据权利要求1所述的倾角传感器的校准系统，其特征在于，包括多个校准盘(700) 和多个盘角度测量装置O00)，所述多个校准盘(700)和多个盘角度测量装置(200) —一对应。
4.根据权利要求1所述的倾角传感器的校准系统，其特征在于，所述控制器(500)能够 在获取预定校准位置的旋转轴(800)的旋转角度和校准盘(700)的旋转角度之后，判断该 校准位置的旋转轴(800)的旋转角度和校准盘(700)的旋转角度之间的差值是否满足预定 要求，并根据判断结果输出预定的信号。
5.根据权利要求1-4任一项所述的倾角传感器的校准系统，其特征在于，所述盘角度 测量装置O00)为圆光栅角度检测器，所述轴角度测量装置(100)为旋转编码器。
6.根据权利要求1-4任一项所述的倾角传感器的校准系统，其特征在于，所述旋转轴 (800) 一端通过圆锥滚子轴承安装在架体(900)上，另一端通过推力轴承安装在架体(900) 上。
7.一种倾角传感器的校准方法，其特征在于，包括安装步骤，将待校准倾角传感器(400)固定在校准盘(700)的校准表面上；所述校准盘 (700)固定安装在一个旋转轴(800)上；校准步骤，使所述旋转轴(800)和校准盘(700)多次绕一个水平轴旋转，分别到达多个 不同的校准位置；在每个所述校准位置，获取所述旋转轴(800)的旋转角度和校准盘(700) 的旋转角度；并使待校准倾角传感器(400)根据该校准位置的旋转轴(800)的旋转角度 和校准盘(700)的旋转角度中的至少一个改变自身数据；所述水平轴与待校准倾角传感器 (400)的基准轴垂直。
8.根据权利要求7所述的倾角传感器的校准方法，其特征在于，在校准步骤之前，还包括自检步骤，使旋转轴(800)和校准盘(700)多次绕所述水平轴旋转，分别到达多个不同 的所述校准位置，进而获取多个校准位置的旋转轴(800)的旋转角度和校准盘(700)的旋 转角度；根据校准位置的旋转轴(800)的旋转角度和校准盘(700)的旋转角度判断校准系 统是否满足预定要求；如果为是，则进入下一步骤。
9.根据权利要求8所述的倾角传感器的校准方法，其特征在于，在自检步骤中，如果为否，则进入修正的校准步骤；在修正的校准步骤中，使所述待校准倾角传感器(400)根据该校准位置的修正旋转角 度改变自身数据；所述修正旋转角度根据该校准位置的旋转轴(800)的旋转角度、校准盘 (700)的旋转角度和预定策略获得。
10.根据权利要求7所述的倾角传感器的校准方法，其特征在于，多个所述校准位置平 均分布在360度范围之内。
全文摘要
本发明公开一种传感器技术，特别涉及一种倾角传感器的校准系统及校准方法。倾角传感器的校准系统包括控制器、驱动装置、旋转轴、两个角度测量装置和校准盘；驱动装置驱动旋转轴；旋转轴可旋转地在安装在架体上，校准盘安装在旋转轴上；校准盘的校准表面上安装待校准倾角传感器，校准表面与旋转轴的旋转轴线垂直；两个角度测量装置分别测量校准盘和旋转轴的旋转角度；控制器根据两个旋转角度向待校准倾角传感器发送数据。与现有技术相比，该校准系统能够大幅度地提高倾角传感器的校准效率。由于具有分别与旋转轴和校准盘进行角度测量的两个角度测量装置，校准系统可以进行自检，以及时对校准系统进行调整和维护。
文档编号G01B21/22GK102095398SQ201010610030
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者周继辉, 周翔, 王巍 申请人:三一重工股份有限公司