用于现场校准线位移传感器的引导工具的制作方法

本发明涉及传感器校准及大尺寸激光测量技术领域，尤其涉及用于现场校准线位移传感器的引导工具。

背景技术：

飞机研制需要做大量试验，试验周期较长。试验台上安装使用着大量线位移传感器，传感器需定期拆卸送计量室校准。一些线位移传感器由于：固化在系统中无法拆卸；与试验台实体存在定位关系不允许拆卸；与试验台测试系统信号线相联不便于拆卸；试验正在进行，拆卸可能导致复位不准确；现场特殊试验环境与计量室温度、电磁环境不同，致使所得的校准结果与实际不符，这些方面导致产生了现场校准需求。现场校准需要有适宜的现场校准引导工具配合测量设备，按照一定的现场校准方法完成工作。

目前国内外没有提出发表现场校准线位移传感器的规范、方法和现场校准用的引导工具，中华人民共和国计量技术规范jjf1305-2011《线位移传感器校准规范》中未涉及现场校准问题。一些单位采用量块、卡尺、高准确度传感器相比对方法实现现场校准，没有使用任何引导工具，与本发明明显不同。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种方法简单、稳定可靠、通用性强，用于现场校准线位移传感器的引导工具。

本发明实施例提供了一种用于现场校准线位移传感器的工具，该工具包括：支架组件、导轨组件、调姿组件三部分。

支架组件包括：底座、升降机构、锁紧机构、升降柱、加长柱、拨杆、支撑平台。

导轨组件包括：直线导轨、滑块微调机构、滑块、反射镜支杆、牵引板。

调姿机构包括：俯仰框、锁紧手轮、旋转轴、顶杆、双耳接头。

其余包括：a0为激光跟踪仪，a1为激光反射镜，a2为被校线位移传感器。

其特征在于，预设引导工具包括：支架组件、导轨组件、调姿组件；导轨组件通过调姿组件安装在支架组件上；通过调整支架组件的线位移和角位移，以及调整调姿组件下俯姿态和/或上仰的空间姿态，使得导轨组件成为线位移传感器的直线位移基准。导轨组件能够独立使用。

支架组件包括：底座、升降机构、锁紧机构、升降柱、加长柱、拨杆、支撑平台，其中：底座的固有筒体内啮合安装有升降柱，底座的固有筒体上安装有升降机构及锁紧机构，升降柱上方螺纹连接同轴加长柱，加长柱上通过螺纹连接有两个拨杆，加长柱顶端固定安装一个支撑平台。

导轨组件包括：直线导轨、滑块微调机构、滑块和牵引板，其中：直线导轨上安装有滑块，滑块上表面安装有牵引板。直线导轨与滑块为精密运动副，直线导轨横截面呈左右对称结构。

调姿机构包括：俯仰框、锁紧手轮、旋转轴、顶杆、双耳接头；

俯仰框通过旋转轴与支撑平台上的通孔采取孔轴过渡配合连接，俯仰框通过一对锁紧手轮导向和紧固；双耳接头安装于直线导轨的下安装平面上，双耳接头的槽口方向与俯仰框的槽口方向一致，顶杆下部与支撑平台通过螺纹配合连接，顶杆上部通过螺栓与双耳接头柔性连接。

安装有激光测量用反射镜a1的反射镜支杆，通过牵引板上的螺纹孔固定在滑块上；当沿着直线导轨的轴向施力于滑块，滑块通过牵引板、带动被校传感器a2的运动端往返运动，同时滑块能够带动反射镜支杆上的反射镜a1同步运动。

本发明实施例具有以下优点：

1.结构简单、便携性好、使用方便、造价低廉；

2.适宜复杂工况下，现场校准不同安装姿态的线位移传感器；

3.直线导轨具有多自由度，方便直线导轨与被校线位移传感器的方向一致性找正；

4.引导工具有通用性，适于激光跟踪仪及激光类测距设备配合使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的预设引导工具示意图；

图2是本发明一实施例的现场校准线位移传感器的方法示意性流程图。

其中：

支架组件10、导轨组件20、调姿组件30；

底座11、升降机构12、锁紧机构13、升降柱14、加长柱15、拨杆16、支撑平台17；

直线导轨21、滑块微调机构22、滑块23、反射镜支杆24、牵引板25；

俯仰框31、锁紧手轮32、旋转轴33、顶杆34、双耳接头35。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示意性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域的技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体设置和方法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了结构、方法、器件的任何改进、替换和修改。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以互相结合，各个实施例可以相互参考和引用。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明一实施例的预设引导工具示意图。

如图1所示，现场校准线位移传感器的引导工具，其包括：支架组件10、导轨组件20、调姿组件30三部分。

支架组件10包括：底座11、升降机构12、锁紧机构13、升降柱14、加长柱15、拨杆16、支撑平台17。

导轨组件20包括：直线导轨21、滑块微调机构22、滑块23、反射镜支杆24、牵引板25。

调姿机构30包括：俯仰框31、锁紧手轮32、旋转轴33、顶杆34、双耳接头35。

其余包括：a0为激光跟踪仪，a1为激光反射镜，a2为被校线位移传感器。

其结构特征在于，导轨组件20通过调姿组件30安装在支架组件10上；通过调整支架组件10的线位移和角位移，以及调整调姿组件30下俯姿态和/或上仰的空间姿态，使得导轨组件20成为线位移传感器的直线位移基准。导轨组件20能够独立使用。

支架组件10包括：底座11、升降机构12、锁紧机构13、升降柱14、加长柱15、拨杆16、支撑平台17，其中：底座11的筒体内啮合安装有升降柱14，底座11的筒体上安装有升降机构12及锁紧机构13，升降柱14上方螺纹连接同轴加长柱15，加长柱15上通过螺纹连接有两个拨杆16，加长柱15顶端固定安装一个支撑平台17。

导轨组件20包括：直线导轨21、滑块微调机构22、滑块23和牵引板25，其中：直线导轨21上安装有滑块23，滑块23上表面安装有牵引板25；直线导轨21与滑块23为精密运动副，直线导轨21横截面呈左右对称结构。

调姿机构30包括：俯仰框31、锁紧手轮32、旋转轴33、顶杆34、双耳接头35；俯仰框32通过旋转轴33与支撑平台17上的通孔采取孔轴过渡配合连接，俯仰框31通过一对锁紧手轮32导向和紧固；双耳接头35安装于直线导轨21的下安装平面上，双耳接头35的槽口方向与俯仰框31的槽口方向一致，顶杆34下部与支撑平台17通过螺纹配合连接，顶杆34上部通过螺栓与双耳接头35柔性连接；

安装有激光测量用反射镜a1的反射镜支杆24，通过牵引板25上的螺纹孔固定在滑块23上；当沿着直线导轨21的轴向施力于滑块23，滑块23通过牵引板25、带动被校传感器a2的运动端往返运动，同时滑块23能够带动反射镜支杆24上的反射镜a1同步运动。

图2是本发明一实施例的现场校准线位移传感器的方法示意性流程图。

如图2所示，在一些实施例中，步骤s10中：通过测量，获取用于被校线位移传感器a3安装基准的特征点，根据被校线位移传感器a3上指定的特征点，建立指定坐标轴与被校线位移传感器a3的运动轨迹相一致的测量坐标系；

在一些实施例中，步骤s20中：在测量坐标系下，通过激光跟踪仪a0测量并指导调整支架组件10及调整调姿组件30的平移、旋转、升降、俯和仰空间姿态，使得导轨组件20成为线位移传感器的直线位移基准。

在一些实施例中，步骤s30中：参考直线位移基准，利用预设引导工具牵引被校线位移传感器a3、测量所用的激光反射镜a1同步运动，并利用激光跟踪仪a0校准线位移传感器。

在一些实施例中，步骤s40中：利用激光跟踪仪a0校准线位移传感器的方式包括：通过预设引导工具驱动线位移传感器的运动端，使得被校线位移传感器a3产生位移；利用激光跟踪仪a0测量输入位移量，得到被校线位移传感器a3的对应输出量。

在一些实施例中，步骤s50中：根据输入量和输出量，利用最小二乘法计算被校线位移传感器a3的灵敏度及线性度；根据输入量和输出量，通过作图法得到被校线位移传感器a3正反行程同一校准点处输入与输出量最大差值，由最大差值计算回程误差；根据输入量和输出量，通过作图法得到被校线位移传感器a3同向行程同一校准点处输出量最大差值，由最大差值计算回程误差。

因此，根据本发明实施例的用于线位移传感器现场校准的引导工具，通过实际使用验证，满足使用要求。现场校准线位移传感器的方法取得的校准结果与上级计量技术机构出具的校准结果比对，结果显示本方法的校准数据准确可靠，达到了解决问题的目的。

最佳实施例：某飞机铁鸟试验台上使用的传感器需要现场校准，传感器距离地面2米，在机翼作动筒处与地面呈大约30°倾斜角度安装，被校传感器测量范围(0～1000)mm。

将导轨组件20通过调姿组件30安装在支架组件10上。使其成为现场校准线位移传感器的引导工具整体。选择激光跟踪仪a0做测量设备，通过测量，获取用于被校线位移传感器a3安装基准的特征点，根据被校线位移传感器a3上指定的特征点，建立指定坐标轴与被校线位移传感器a3的运动轨迹相一致的测量坐标系；在测量坐标系下，通过激光跟踪仪a0测量并指导调整支架组件10及调整调姿组件30的平移、旋转、升降、俯和仰空间姿态，使得导轨组件20成为线位移传感器的直线位移基准；借助用于现场校准线位移传感器的引导工具上的直线导轨21做直线位移基准，使用滑块23，同步牵引激光反射镜a1和被校线位移传感器a2的运动端测杆，以一定步长或任意步长完成标准量与被测量的逐点测量数据采集，得到输入位移量与输出信号量，通过数据处理，完成线位移传感器a2的现场校准，实现现场校准的步骤如下：

1.在激光跟踪仪初始坐标系下，通过测量被校线性位移传感器a2安装基准上的特征点，建立指定轴线与被校线位移传感器a2的运动轨迹相一致的测量坐标系，测量坐标系是为校准提供直观标准位移量而建立；

2.通过激光跟踪仪测量并指导该引导工具五个自由度的调整完成直线导轨21与被校线位移传感器a2轴线位置的精准找正；

3.将被校线位移传感器a2的运动端与牵引板25连接；将用于测量的激光反射镜a1固定在滑块23上；

4.驱动滑块23带动反射镜a1运动至校准范围的测量下限起点，以被校线位移传感器a2量程大致10％的步长逐点校准至测量上限，记录被校准传感器a2输出量，滑块微调机构22，以原校准点返回至测量下限，记录回程校准点输出量。正行程和反行程逐点校准往返一次为一个循环，校准连续进行3个循环。建立输入位移量与输出量之间的对应关系。采用最小二乘法计算得到灵敏度为0.004601v/mm、线性度为0.065％。

5.根据输入量和输出量，采用作图法得到被校线位移传感器a3正反行程同一校准点处输出量最大差值，由最大差值计算回程误差，回程误差校准结果为0.062％fs。

6.根据输入量和输出量，采用作图法得到被校线位移传感器a3同向行程同一校准点处输出量最大差值，由最大差值计算回程误差，重复性校准结果为0.082％fs。

通过与上级计量技术机构校准数据比对分析，结果显示现场校准线位移传感器的方法可行。

需要说明的是，上述流程操作可以进行不同程度的组合应用，为了简明，不再赘述各种组合的实现方式，本领域的技术人员可以按实际需要将上述的操作步骤的顺序进行灵活调整，或者将上述步骤进行灵活组合等操作。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。