一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法
阅读说明：本技术 一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法 (Clamping attitude adjusting system and method for linear displacement sensor for calibration ) 是由 毛斌 王景凡 李勍 王毅 杨宁 冯斐 黄璐琦 赵迪 于 2021-11-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于传感器计量校准技术领域,涉及一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统,包括装夹平台,其高度、倾角、周向转角、在二维平面上的位置可调；第一装夹组件,用于装夹待校准的线位移传感器,第一装夹组件位于装夹平台的上侧,与装夹平台可拆卸式连接；第二装夹组件,设置在第一装夹组件的一侧；二维位置传感器,设置在第二装夹组件上,与待校准的线位移传感器相对设置；控制器,与装夹平台和二维位置传感器分别电连接。本发明解决了在对高精度线位移传感器校准中存在的姿态调整困难问题,减小了因传感器装夹姿态微小偏差造成的测量误差对校准精度的影响,并提高线位移传感器的校准精度与校准效率,降低了对操作人员经验的依赖程度。(The invention belongs to the technical field of sensor metering calibration, and relates to a clamping attitude adjusting system of a linear displacement sensor for calibration, which comprises a clamping platform, wherein the height, the inclination angle, the circumferential rotation angle and the position on a two-dimensional plane of the clamping platform are adjustable; the first clamping assembly is used for clamping the linear displacement sensor to be calibrated, is positioned on the upper side of the clamping platform and is detachably connected with the clamping platform; the second clamping component is arranged on one side of the first clamping component; the two-dimensional position sensor is arranged on the second clamping assembly and is opposite to the linear displacement sensor to be calibrated; and the controller is electrically connected with the clamping platform and the two-dimensional position sensor respectively. The invention solves the problem of difficult posture adjustment in the calibration of the high-precision linear displacement sensor, reduces the influence of measurement errors caused by small deviation of the clamping posture of the sensor on the calibration precision, improves the calibration precision and the calibration efficiency of the linear displacement sensor and reduces the dependence degree on the experience of operators.)
技术领域
本发明属于传感器计量校准技术领域，具体涉及一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法。
背景技术
线位移传感器（Linear displacement sensor）是一种能感受长度尺寸变化并转换成可用输出信号的器件。线位移传感器可用于测量位移、距离、位置和应变量等长度尺寸，是一种工程测试中应用广泛的传感器。线位移传感器输出信号类型多样，按照其结构及敏感原理可分为电感式位移传感器、应变式位移传感器、激光位移传感器、拉线式位移传感器等。
为保证线位移传感器作为计量器具的输出位移长度可被溯源至国家基准，法定计量检定机构依据JJF1305-2011《线位移传感器校准规范》对线位移传感器进行计量校准，方法为：将被校准的线位移传感器安装在传感器检测台的固定位置上，通过传感器检测台的移动端向被校准的线位移传感器施加位移。所述方法中的传感器检测台可为自研专用设备，也可利用测长仪或测长机等仪器对线位移传感器开展计量校准。
为保证线位移传感器的校准精度，在利用上述方法进行校准时，传感器的安装应尽量满足阿贝原则，即应使被校准线位移传感器的位移检测方向与通用传感器检测台移动端的移动轴线平行，以减小测量误差。
目前，对于线位移传感器在位移检测台固定端的装夹与姿态调整，通常采用目视辅助、手动调节的方式，这种调整方式，对于普通精度的线位移传感器而言，由于传感器姿态的肉眼不可察的微小偏差造成的阿贝误差极小，不会对最终的校准结果产生较大影响。然而，对于高精度线位移传感器而言，传感器姿态的微小偏差引起的阿贝误差不可忽略，因此，在针对高精度线位移传感器的调整时，对调整的要求更高，因此必然会存在校准效率低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法，以便解决上述提到的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统，包括：
装夹平台，其高度、倾角、周向转角、在二维平面上的位置可调；
第一装夹组件，用于装夹待校准的线位移传感器，所述第一装夹组件位于所述装夹平台的上侧，与所述装夹平台可拆卸式连接；
第二装夹组件，设置在所述第一装夹组件的一侧；
二维位置传感器，设置在所述第二装夹组件上，与所述待校准的线位移传感器相对设置；
控制器，与所述装夹平台和二维位置传感器分别电连接。
优选的，还包括：
激光器，位于所述第一装夹组件上，与所述第一装夹组件可拆卸式连接，所述激光器与所述控制器电连接。
优选的，还包括检测台，所述装夹平台、第二装夹组件分别设置在所述检测台的两侧。
优选的，所述检测台包括座体，所述座体的一侧固定有第一安装块，所述座体上表面开设有槽体，所述槽体沿着座体的长度方向开设，所述槽体内对称设置有两个支架，两个支架上架设有丝杠，所述丝杠的一端连接电机，所述电机与所述控制器电连接，所述丝杠上套装有螺母座，所述螺母座上固定第二安装块，所述第二安装块通过导向组件与所述座体上表面连接，所述装夹平台与所述第一安装块可拆卸式连接，所述第二装夹组件与所述第二安装块可拆卸式连接。
优选的，所述导向组件包括对称开设所述座体上表面的两个滑槽，两个滑槽分别位于所述槽体的两侧，两个滑槽内各卡装有一个滑块，所述滑块与所述第二安装块固定。
上述校准用线位移传感器装夹姿态调整系统的调整方法，包括以下步骤：
S1、系统准备及对待校准的线位移传感器的姿态粗调整；
S2、启动电机，使得第二装夹组件带动二维位置传感器移动一段距离到达第一位置后，将检测台的位移值清零，读取二维位置传感器反馈的位置数据data1；再次启动电机，使得第二装夹组件带动二维位置传感器再移动一段距离后，到达第二位置处，读取检测台的位移值和二维位置传感器反馈的位置数据data2；控制器接收data1与data2的数据并存储，通过data1与data2的数据，对二维位置传感器的位置点进行坐标分析，计算出待校准的线位移传感器的姿态俯仰偏差及旋转偏差，依据坐标分析结果生成纠偏控制算法，并将纠偏控制算法转化为可执行的运动控制指令，发送给装夹平台，装夹平台进行相应的运动，完成待校准的线位移传感器的姿态精调整；
S3、调整精度验证，若调整精度小于调整精度上阈值，则调整完成，否则，返回S2继续进行直到满足调整精度的需求，控制器发出声光提示，待校准的线位移传感器的姿态调整完成。
优选的，S1包括以下步骤：
S11、将装夹平台固定于第一安装块，通过第一装夹组件将待校准的线位移传感器固定于装夹平台，保持其位移检测方向与检测台的位移输出方向相同；
S12、将第二装夹组件与第二安装块固定，并将二维位置传感器安装于第二装夹组件上，使二维位置传感器的探测平面朝向装夹平台，保持二维位置传感器的探测平面与检测台的位移输出方向垂直，将装夹平台、二维位置传感器分别与控制器电连接；
S13、调节装夹平台的高度，使待校准的线位移传感器的检测方向的中心位于二维位置传感器的探测平面在垂直方向的中心区域；
S14、观察待校准的线位移传感器的检测方向是否与检测台的位移输出方向大致平行，若存在肉眼可见的较大偏差，则松动第一装夹组件重新调整待校准的线位移传感器的位置后再重新压紧。
优选的，S3包括以下步骤：
记录当时的二维位置传感器位置数据为data3，启动电机，使得第二装夹组件带动二维位置传感器反向移动一段距离后，到达第三位置处，读取检测台的位移值和二维位置传感器反馈的位置数据data4；控制器接收data3与data4的数据并存储，通过data3与data4的数据，对二维位置传感器的位置点进行坐标分析，若dat3a与data4的单方向坐标差小于给定调整精度上阈值，则调整完成。
优选的，当待校准的线位移传感器为激光式传感器时，若输出激光的功率与所述二维位置传感器匹配时，在S13中，调整待校准的线位移传感器的输出激光位于二维位置传感器的探测平面在垂直方向的中心区域；当待校准的线位移传感器的输出激光的功率与所述二维位置传感器不匹配时，用以下步骤替代S13：
将激光器放置于第一装夹组件上，将激光器与控制器电连接；调节激光器位置，使激光器的出射光发射方向与待校准的线位移传感器的位移检测方向平行，调节装夹平台的高度，使激光器的输出激光位于二维位置传感器的探测平面在垂直方向的中心区域。
优选的，当待校准的线位移传感器为拉线式位移传感器时，S13还包括以下步骤：
抽出待校准的线位移传感器的拉线，并将拉线的端部固定至第二装夹组件上，使得其拉线的长度方向与检测台的位移输出方向相同；
将激光器放置于第一装夹组件上，将激光器与控制器电连接；
调节激光器位置，使激光器的出射光发射方向与待校准的线位移传感器的位移检测方向平行，调节装夹平台的高度，使激光器的输出激光位于二维位置传感器的探测平面在垂直方向的中心区域。
本发明提供的一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法，适用于目前主流的拉线式和激光式的高精度线位移传感器，且可以兼容校准所使用的自研专用设备以及测长仪或测长机等通用仪器，解决了在对高精度线位移传感器校准中存在的姿态调整困难问题，可实现对被校准的线传感器姿态的精确、快速与自动调整，打破了现阶段的目视辅助、手动调节传感器姿态的现状，可显著减小因传感器装夹姿态微小偏差造成的测量误差对校准精度的影响，并显著提高线位移传感器的校准精度与校准效率，降低了对操作人员经验的依赖程度，实用性强，值得推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为利用本发明对拉线式线位移传感器进行校准时的使用状态图；
图3为本发明提供的一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统的装夹平台4坐标系定义说明图；
图4为本发明实施例中提供的一种姿态调整原理示意图；
图5为利用本发明对激光式线位移传感器进行校准时的使用状态图。
附图标记说明：
1-激光器，2-第一装夹组件，3-待校准的线位移传感器，4-装夹平台，5-第一安装块，6-检测台，7-第二安装块，8-第二装夹组件，9-二维位置传感器，10-控制器。
具体实施方式
本发明提供了一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法，下面结合图1到图5的结构示意图，对本发明进行说明。
一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统，如图1、图2、图3和图5所示，包括装夹平台4，装夹平台4的高度、倾角、周向转角和在二维平面上的位置均可调；装夹平台4的上侧设有第一装夹组件2，第一装夹组件2用于装夹待校准的线位移传感器3，待校准的线位移传感器3通过第一装夹组件2可拆卸式连接在装夹平台4上。
第二装夹组件8，设置在第一装夹组件2的一侧，第二装夹组件8上设有二维位置传感器9，二维位置传感器9与待校准的线位移传感器3相对设置，二维位置传感器9和装夹平台4分别与控制器10电连接。
进一步的，还包括位于第一装夹组件2上的激光器1，激光器1与第一装夹组件2可拆卸式连接，激光器1与控制器10电连接。
进一步的，还包括检测台6，装夹平台4、第二装夹组件8分别设置在检测台6的两侧。
进一步的，检测台6的结构具体的包括座体，座体的一侧固定有第一安装块5，座体上表面开设有槽体，槽体沿着座体的长度方向开设，槽体内对称设置有两个支架，两个支架上架设有丝杠，丝杠的一端连接电机，电机与控制器10电连接，丝杠上套装有螺母座，螺母座上固定第二安装块7，第二安装块7通过导向组件与座体上表面连接，装夹平台4与第一安装块5可拆卸式连接，第二装夹组件8与第二安装块7可拆卸式连接。
进一步的，导向组件包括对称开设座体上表面的两个滑槽，两个滑槽分别位于槽体的两侧，两个滑槽内各卡装有一个滑块，滑块与第二安装块7固定。
使用中，通过第一装夹组件2可以固定待校准的线位移传感器3到装夹平台4上，装夹平台4在检测台6的一侧，且与第一安装块5通过螺钉连接，第二装夹组件8在检测台6的另一侧，且与第二安装块7通过螺钉连接。电机启动后，可以带动螺母座移动，从而同步的带动第二安装块7在检测台6上移动。
如图1所示，一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统，适用于拉线式线位移传感器和激光式线位移传感器的校准，下文将分别针对这两种传感器各给出使用方法的具体实施例。
实施例1
采用拉线式线位移传感器作为被校准传感器，如图1到图3所示，将装夹平台4固定于第一安装块5，通过第一装夹组件2将待校准的拉线式线位移传感器固定于装夹平台4，保持拉线式线位移传感器的位移检测方向与检测台6的位移输出方向相同。
观察待校准的线位移传感器3的检测方向是否与检测台6的位移输出方向大致平行，若存在肉眼可见的较大偏差，则松动第一装夹组件2重新调整待校准的线位移传感器3的位置后再重新压紧。
将第二装夹组件8与第二安装块7固定，并将二维位置传感器9安装于第二装夹组件8上，使二维位置传感器9的探测平面朝向装夹平台4，保持二维位置传感器9的探测平面与检测台6的位移输出方向垂直，在本实施例中为垂直于Y方向，将装夹平台4、二维位置传感器9分别与控制器10电连接。
如图2、图3所示，抽出待校准的拉线式线位移传感器的拉线，并将拉线的端部固定至第二装夹组件8上，使得其拉线的长度方向与检测台6的位移输出方向相同；将激光器1放置于第一装夹组件2上，将激光器1与控制器10电连接；调节激光器1位置，使激光器1的出射光发射方向与待校准的线位移传感器3的位移检测方向平行，调节装夹平台4的高度，使激光器1的输出激光位于二维位置传感器9的探测平面在垂直方向的中心区域。
如图4所示，本专利的位移纠偏调整过程为：启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9移动一段距离到达第一位置P1后，将检测台6的位移值清零，读取二维位置传感器9反馈的位置数据data1；再次启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9再移动一段距离后，到达第二位置P2处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data2；控制器10接收data1与data2的数据并存储，通过data1与data2的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，计算出待校准的线位移传感器3的姿态俯仰偏差及旋转偏差，依据坐标分析结果生成纠偏控制算法，并将纠偏控制算法转化为可执行的运动控制指令，发送给装夹平台4，装夹平台4进行相应的俯仰、升降或旋转调整运动，完成待校准的线位移传感器3的姿态精调整。
姿态精调整完成后，需要进行调整精度验证：
记录当时的二维位置传感器9位置数据为data3，启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9反向移动一段距离后，到达第三位置处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data4；控制器10接收data3与data4的数据并存储，通过data3与data4的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，若data3与data4的单方向坐标差小于给定调整精度上阈值，则调整完成，否则，返回调整步骤进行直到满足调整精度的需求，控制器10发出声光提示。
实施例2
采用激光式线位移传感器作为被校准传感器，如图5所示，当待校准的激光式线位移传感器的输出激光的功率与所述二维位置传感器9匹配时，采用以下步骤进行：
将装夹平台4固定于第一安装块5，通过第一装夹组件2将待校准的激光式线位移传感器固定于装夹平台4，保持激光式线位移传感器的激光射出的方向与检测台6的位移输出方向相同。
将第二装夹组件8与第二安装块7固定，并将二维位置传感器9安装于第二装夹组件8上，使二维位置传感器9的探测平面朝向装夹平台4，保持二维位置传感器9的探测平面与检测台6的位移输出方向垂直，在本实施例中为垂直于Y方向，将装夹平台4、二维位置传感器9分别与控制器10电连接。
如图5所示，调整待校准的激光式线位移传感器的输出激光位于二维位置传感器9的探测平面在垂直方向的中心区域。
观察待校准的激光式线位移传感器的检测方向是否与检测台6的位移输出方向大致平行，若存在肉眼可见的较大偏差，则松动第一装夹组件2重新调整待校准的激光式线位移传感器的位置后再重新压紧。
如图4所示，启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9移动一段距离到达第一位置P1后，将检测台6的位移值清零，读取二维位置传感器9反馈的位置数据data1；再次启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9再移动一段距离后，到达第二位置P2处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data2；控制器10接收data1与data2的数据并存储，通过data1与data2的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，计算出待校准的激光式线位移传感器的姿态俯仰偏差及旋转偏差，依据坐标分析结果生成纠偏控制算法，并将纠偏控制算法转化为可执行的运动控制指令，发送给装夹平台4，装夹平台4进行相应的俯仰、升降或旋转调整运动，完成待校准的激光式线位移传感器的姿态精调整。
姿态精调整完成后，需要进行调整精度验证：
记录当时的二维位置传感器9位置数据为data3，启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9反向移动一段距离后，到达第三位置处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data4；控制器10接收data3与data4的数据并存储，通过data3与data4的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，若data3与data4的单方向坐标差小于给定调整精度上阈值，则调整完成，否则，返回调整步骤进行直到满足调整精度的需求，控制器10发出声光提示。
实施例3
采用激光式线位移传感器作为被校准传感器，如图5所示，当待校准的激光式线位移传感器的输出激光的功率与所述二维位置传感器9不匹配时，采用以下步骤进行：
将装夹平台4固定于第一安装块5，通过第一装夹组件2将待校准的激光式线位移传感器固定于装夹平台4，保持激光式线位移传感器的激光射出的方向与检测台6的位移输出方向相同。
观察待校准的激光式线位移传感器的检测方向是否与检测台6的位移输出方向大致平行，若存在肉眼可见的较大偏差，则松动第一装夹组件2重新调整待校准的激光式线位移传感器的位置后再重新压紧。
将第二装夹组件8与第二安装块7固定，并将二维位置传感器9安装于第二装夹组件8上，使二维位置传感器9的探测平面朝向装夹平台4，保持二维位置传感器9的探测平面与检测台6的位移输出方向垂直，在本实施例中为垂直于Y方向，将装夹平台4、二维位置传感器9分别与控制器10电连接。
如图5所示，将激光器1放置于第一装夹组件2上，将激光器1与控制器10电连接；调节激光器1位置，使激光器1的出射光发射方向与待校准的激光式线位移传感器的位移检测方向平行，调节装夹平台4的高度，使激光器1的输出激光位于二维位置传感器9的探测平面在垂直方向的中心区域。
如图4所示，启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9移动一段距离到达第一位置P1后，将检测台6的位移值清零，读取二维位置传感器9反馈的位置数据data1；再次启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9再移动一段距离后，到达第二位置P2处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data2；控制器10接收data1与data2的数据并存储，通过data1与data2的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，计算出待校准的激光式线位移传感器的姿态俯仰偏差及旋转偏差，依据坐标分析结果生成纠偏控制算法，并将纠偏控制算法转化为可执行的运动控制指令，发送给装夹平台4，装夹平台4进行相应的俯仰、升降或旋转调整运动，完成待校准的激光式线位移传感器的姿态精调整。
姿态精调整完成后，需要进行调整精度验证：
记录当时的二维位置传感器9位置数据为data3，启动电机，使得第二装夹组件8带动二维位置传感器9反向移动一段距离后，到达第三位置处，读取检测台6的位移值和二维位置传感器9反馈的位置数据data4；控制器10接收data3与data4的数据并存储，通过data3与data4的数据，对二维位置传感器9的位置点进行坐标分析，若data3与data4的单方向坐标差小于给定调整精度上阈值，则调整完成，否则，返回调整步骤进行直到满足调整精度的需求，控制器10发出声光提示。
本发明提供的一种校准用线位移传感器装夹姿态调整系统及调整方法，解决了在对高精度线位移传感器校准中存在的姿态调整困难问题，可实现对被校准的线传感器姿态的精确、快速与自动调整，适用于目前主流的拉线式和激光式的高精度线位移传感器，且可以兼容校准所使用的自研专用设备以及测长仪或测长机等通用仪器，打破了现阶段的目视辅助、手动调节传感器姿态的现状，可显著减小因传感器装夹姿态微小偏差造成的测量误差对校准精度的影响，并显著提高线位移传感器的校准精度与校准效率，降低了对操作人员经验的依赖程度，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。