一种倾角仪校准装置及校准方法

摘要

本发明公开一种倾角仪校准装置及校准方法，涉及测量领域，以解决现有技术中倾角仪校准装置误差大、不易携带的技术问题。本发明实施例的包括底座、固定杆、载物平板、细分尺和一端固定在所述载物平板的主尺，所述细分尺固定连接于所述固定杆，所述固定杆的底端连接于所述底座；所述载物平板的一端与所述固定杆铰接并锁定，当所述倾角仪校准装置处在初始状态，所述载物平板贴合在所述底座上，所述载物平板用于支承所述倾角仪；所述主尺与所述细分尺均具有弧形的边缘线，所述主尺与所述细分尺配合，通过刻度线读取所述载物平板倾角值。本发明实施例所述的倾角仪校准装置用于校准数显倾角仪。

权利要求

1.一种倾角仪校准装置，其特征在于，包括底座、固定杆、载物平板、细分尺和一端固定在所述载物平板的主尺，所述细分尺固定连接于所述固定杆，所述固定杆的底端连接于所述底座；

所述载物平板的一端与所述固定杆铰接并锁定，当所述倾角仪校准装置处在初始状态，所述载物平板贴合在所述底座上，所述载物平板用于支承所述倾角仪；

所述主尺与所述细分尺均具有弧形的边缘线，所述主尺与所述细分尺配合，通过刻度线读取所述载物平板倾角值。

2.根据权利要求1所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述载物平板的一端通过连接丝杆与所述固定杆铰接并锁定。

3.根据权利要求1所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述主尺背离刻度的一侧设置有弧形的齿条，所述细分尺设置有齿轮，所述齿条和所述齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述主尺背离刻度的一侧设置有卡槽，所述齿条设置在所述卡槽中；

所述细分尺背离刻度的一侧固定连接有齿轮基座，所述齿轮设置在所述齿轮基座上，所述齿轮位于所述齿轮基座与所述主尺之间。

5.根据权利要求3所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述主尺背离刻度的一侧设置有阶梯面，所述齿条设置在所述阶梯面上；

所述细分尺背离刻度的一侧固定连接有齿轮轴，所述齿轮转动连接在所述齿轮轴上。

6.根据权利要求1所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述载物平板为磁性板，所述倾角仪通过磁力固定于所述载物平板上。

7.根据权利要求1所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述主尺与所述载物平板的连接、所述细分尺与所述固定杆的连接以及所述固定杆与所述底座的连接均为可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的倾角仪校准装置，其特征在于，所述载物平板和/或所述底座为亚克力板。

9.一种倾角仪校准方法，其特征在于，使用权利要求1‑8任一项所述的倾角仪校准装置进行倾角仪的校准，具体包括以下步骤：将倾角仪设置于所述载物平板上；

将所述倾角仪清零；

通过调节所述载物平板分别得15°、30°、45°、50°、60°、75°、90°的校准点进行测量；

记录每个校准点处所述倾角仪的示值；

每个校准点重复测量3次，取3次平均值作为测量值；

计算各校准点的示值误差。

说明书

一种倾角仪校准装置及校准方法

技术领域

[0001] 本公开涉及测量领域，尤其涉及一种倾角仪校准装置及校准方法。

背景技术

[0002] 倾角仪用于测量一个平面相对于水平面的倾斜角度，其具有易携带、使用简单的特点，广泛应用于公路、铁路、水利、消防、汽车、机械自动化等相关行业。

[0003] 对于数显倾角仪，需要定期对其校准，否则会影响其测量的准确性。现有技术中，对数显倾角仪的校准一般采用正弦规、三等量块以及0级平板等对数显倾角仪校准。具体如图1所示，采用量块组合在0级平板上支撑正弦规的圆柱部分形成相应的倾角。采用此装置，量块叠加再支撑的结构不稳定易损坏倾角仪，而多量块组合使得误差增大，此外，0级平板不便携且使用环境受限。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供倾角仪校准装置及校准方法，以解决倾角仪校准装置误差大、不易携带的技术问题。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 本发明实施例提供了一种倾角仪校准装置，包括底座、固定杆、载物平板、细分尺和一端固定在所述载物平板的主尺，

[0007] 所述细分尺固定连接于所述固定杆，所述固定杆的底端连接于所述底座；

[0008] 所述载物平板的一端与所述固定杆铰接，当所述倾角仪校准装置处在初始状态，所述载物平板贴合在所述底座上；

[0009] 所述主尺与所述细分尺均具有弧形的边缘线，所述主尺与所述细分尺配位，用于读取所述载物平板倾角值。

[0010] 根据本公开的至少一个实施方式，所述载物平板的一端通过连接丝杆与所述固定杆铰接并锁定。

[0011] 根据本公开的至少一个实施方式，所述主尺背离刻度的一侧设置有弧形的齿条，所述细分尺设置有齿轮，所述齿条和所述齿轮啮合。

[0012] 根据本公开的至少一个实施方式，所述主尺背离刻度的一侧设置有卡槽，所述齿条设置在所述卡槽中；

[0013] 所述细分尺背离刻度的一侧固定连接有齿轮基座，所述齿轮设置在所述齿轮基座上，所述齿轮位于所述齿轮基座与所述主尺之间。

[0014] 根据本公开的至少一个实施方式，所述主尺背离刻度的一侧设置有阶梯面，所述齿条设置在所述阶梯面上；

[0015] 所述细分尺背离刻度的一侧固定连接有齿轮轴，所述齿轮转动连接在所述齿轮轴上。

[0016] 根据本公开的至少一个实施方式，所述载物平板为磁性板，所述倾角仪通过磁力固定于所述载物平板上。

[0017] 根据本公开的至少一个实施方式，所述主尺与所述载物平板的连接、所述细分尺与所述固定杆的连接以及所述固定杆与所述底座的连接均为可拆卸连接。

[0018] 根据本公开的至少一个实施方式，所述载物平板和/或所述底座为亚克力板。

[0019] 与现有技术相比，本发明提供的倾角仪校准装置，包括底座、固定杆、载物平板、细分尺和一端固定在载物平板的主尺，细分尺固定在固定杆上，而固定杆的底端固定连接在底座上，主尺的一端固定在载物平板，载物平板与固定杆铰接，当载物平板相对于初始状态所贴合的底座倾斜时，载物平板带动主尺转动。主尺和细分尺均具有弧形的边缘线，通过主尺与细分尺之间的相互配合，即可精确读取出载物平板的倾角值，从而实现倾角仪的校准。本发明实施例具有底座和载物平板，无需不便携带且使用环境受限的0级平板。不使用量块堆叠，使用铰接锁定的方式，调节载物平板的倾角，非常稳定。同时，采用主尺和细分尺的配合，使得载物平板的倾角的读数更加精确，相对于多量块叠加造成的大误差，本发明实施例的误差很小。

[0020] 本发明还提供了一种倾角仪校准方法，使用上述的倾角仪校准装置进行倾角仪的校准。

[0021] 相对于现有技术，本发明所述的倾角仪校准方法具有以下优势：

[0022] 本发明所述的倾角仪校准方法与上述倾角仪校准装置所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

[0023] 附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

[0024] 图1是现有的数显倾角仪校准方法示意图；

[0025] 图2是本公开的倾角仪校准装置的主视示意图；

[0026] 图3是本公开的倾角仪校准装置的后视示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

[0029] 为保证数显倾角仪的准确性，需要定期对数显倾角仪进行角度量值的校准。常用地方校准规程JJF(浙)1057‑2010中采用正弦规(200mm)、三等量块以及0级平板对数显倾角仪开展校准工作。具体方法如图1所示，在0级平板上采用量块组合的形式来支撑正弦规的圆柱部分形成相应的倾角，然后将数显倾角仪吸附在正弦规度平面处，读取数值并与标称角度做比对。校准点分别为15°、30°、45°、50°、60°、75°、90°，其分别对应量块的高度为51.7mm、100mm、141.4mm、153.2mm、173.2mm、193.2mm。这种校准方法，使用量块叠加再支撑正弦规非常不稳定，例在测量75°这个点时，需要量块高度为173.2mm，该高度由100mm量块、
50mm量块、20mm量块、2mm量块、1.2mm量块组合而成，量块的多层组合势必造成误差的增大，因此，原则上一般不允许超过3块量块，且在测量过程中组合量块非常容易滑落造成量块以及被校准倾角仪的毁坏。另外，0级平板不便携带且使用环境要求严苛(20±5℃，温度变化不大于1℃/min)，这些缺点，使得现有技术中校准不准确，操作较复杂。

[0030] 针对上述问题，本发明实施例提供了一种倾角仪校准装置，具有简易、低成本、操作简便、校准精确等优势。

[0031] 请参阅图2‑图3所示，本发明实施例提供的倾角仪校准装置包括底座1、固定杆6、载物平板3、细分尺5和一端固定在载物平板3的主尺4，细分尺5固定连接于固定杆6，固定杆6的底端连接于底座1；载物平板3的一端与固定杆6铰接并锁定，当倾角仪校准装置处在初始状态，载物平板3贴合在底座1上，载物平板3用于支承倾角仪；主尺4与细分尺5均具有弧形的边缘线，主尺4与细分尺5配合，用于读取载物平板3倾角值。

[0032] 实际应用时，通过载物平板3连接主尺4，可以调节载物平板3沿着与固定杆6的铰接端转动角度进而可以锁定位置，连接主尺4和细分尺5的弧形的边缘线相互配合，根据主尺4和细分尺5上的刻度线，可以精确读取载物平板3的倾角值，而倾角仪设置于载物平板3上，也即可以获得倾角仪的校准点，在校准点或客户指定的校准点处，记录数显倾角仪的示值，每个校准点重复测量3次，取3次平均值作为测量值，计算各校准点的示值误差。

[0033] 本发明实施例提供的倾角仪校准装置使用底座1和载物平板3取代了难以携带的0级平板，结构简单，无需额外配置大理石平台，不受校准地理位置限制并拓宽了使用环境条件。通过载物平板3上连接主尺4，可以轻松设置并固定所需校准点，示例性地载物平板3的一端通过铰接的方式连接于固定杆6上，当载物平板3调整到相应校准点后，可以锁定位置。在通过主尺4和细分尺5上弧状边缘线以及刻度线可以精确地读取此时载物平板3倾角值。
可选地，细分尺5的刻度线的角度值可以精确到分。通过直接准确地读取载物平板3和平面底座1的角度值，与现有技术相比，不需要通过计算且组合量块来得到相应角度，提高了测量数据的准确性。

[0034] 在一些实施方式中，本发明实施例提供的倾角仪校准装置的载物平板3的一端通过连接丝杆2与固定杆6铰接并锁定。通过连接丝杆2的方式，将载物平板3与固定杆6进行铰接，不但可以轻松调节载物平板3的倾斜角度，还可以在任何位置均可锁定。这种连接方式简单而有效，当某个校准点确定后，调节载物平板3即可锁定在这个位置，保证了精确的倾角角度的读数的精确性。具体地，连接丝杆2贯穿载物平板3的端部，进而连接于固定杆6上。由于载物平板3在初始状态，也即0角度时，载物平板3需与底座1完全保持平行，贴合在底座
1上，相应地，连接丝杆2设置在固定杆6的位置也要保证载物平板3与底座1的贴合性。

[0035] 为了获得精确地倾角读数，主尺4背离刻度的一侧设置有弧形的齿条9，细分尺5设置有齿轮，齿条9和齿轮啮合。通过齿轮与弧形的齿条9咬合可以使主尺4在固定的细分尺5上游走，便于精确的得到校准点角度值。当无齿轮齿条啮合时，细分尺5和主尺4之间的相对运动由于没有限制，自由度较高，使得刻度读数有误差。

[0036] 在某些实施方式中，本发明实施例提供的倾角仪校准装置，主尺4背离刻度的一侧设置有卡槽8，齿条9设置在卡槽8中；细分尺5背离刻度的一侧固定连接有齿轮基座11，齿轮12设置在齿轮基座11上，齿轮12位于齿轮基座11与主尺4之间。齿轮通过齿轮基座设置在卡槽8中，与齿条9相啮合，进而限制主尺4与细分尺5之间的相对运动，也便于精确控制二者的相对角度。可选地，齿轮基座11通过螺钉固定设置在细分尺5上。

[0037] 在一些可选的实施方式中，主尺4背离刻度的一侧设置有阶梯面，齿条9设置在阶梯面上；细分尺5背离刻度的一侧固定连接有齿轮轴，齿轮转动连接在齿轮轴上。相较于设置齿轮基座11，齿轮12直接通过齿轮轴直接固定于细分尺5，节省了齿轮基座11结构更为简单。主尺4背离刻度的一侧设置有阶梯面，阶梯面可以使得细分尺5正好位于阶梯面的上方，而细分尺5的刻度与主尺4的刻度尽可能地处在同一平面上，使得角度读数更为精确。

[0038] 在某些实施方式中，本发明实施例提供的倾角仪校准装置中，载物平板3为磁性板，倾角仪通过磁力固定于载物平板3上。可以方便的拆装待校准的倾角仪，简单而有效。不用担心人员操作误差以及校准时倾角仪的滑落带来的损坏风险。可选地，还可以通过在载物平板3上设置限位装置将倾角仪固定于载物平板3上。

[0039] 在某些实施方式中，主尺4与载物平板3的连接、细分尺5与固定杆6的连接以及固定杆6与底座1的连接均为可拆卸连接。例如螺钉连接，可以方便地进行拆卸和组装，进而使得倾角仪校准装置更加便携。

[0040] 在某些实施方式中，载物平板3、底座1均为亚克力板，采用亚克力板不仅可以获得平整度较高的板，还在于其质量较轻，更适合便携。而且环境稳定性较高，可以保证倾角仪校准装置的校准准确性。环境适应性较高，不受校准地理位置限制并拓宽了使用环境条件。

[0041] 本发明实施例还提供了一种倾角仪校准方法，使用上述的倾角仪校准装置进行倾角仪的校准。

[0042] 与现有技术相比，本发明实施例提供的倾角仪校准方法的有益效果与上述实施例提供的倾角仪校准装置的有益效果相同，在此不做赘述。

[0043] 具体地，本发明实施例提供的倾角仪校准方法包括：

[0044] 将倾角仪磁吸附到校载物平板上；

[0045] 然后将数显倾角仪测量装置清零；

[0046] 通过调节载物平板和连接丝杆分别得15°、30°、45°、50°、60°、75°、90°的校准点(或客户指定校准点)进行测量；

[0047] 记录每个校准点处数显倾角仪的示值；

[0048] 每个校准点重复测量3次，取3次平均值作为测量值；

[0049] 计算各校准点的示值误差。

[0050] 下面对本发明实施例的倾角仪校准装置，按照JJF 1033‑2016《计量标准考核规范》，新的计量标准技术性能需进行稳定性考核、重复性试验，测量不确定度的评定以及校准结果的验证。

[0051] 1、倾角仪校准装置稳定性测试

[0052] 对校准装置进行稳定性考核，选45°标准角度块，对其45°测量点每隔10天进行一次稳定性试验，测得测量结果来对倾角仪校准装置进行稳定性分析，测量结果见表1。

[0053] 表1稳定性考核数据

[0054]

[0055] 测量结果中最大值与最小值的差值 该结果小于标准装置预期的最大允许误差2′，即该校准装置稳定性符合要求。

[0056] 2、倾角仪校准装置重复性测试

[0057] 对本发明实施例的倾角仪校准装置进行重复性试验，选取一数显倾角仪，对其60°测量点在重复性条件下进行10次测量，测量结果见表2。

[0058] 校准装置的重复性用式(1)计算。

[0059]

[0060] 式中：αi‑每次测量的结果；

[0061] ‑测量结果的平均值；

[0062] n‑测量次数；

[0063] s(yi)‑单次测量的试验标准偏差。

[0064] 重复性测试结果说明本方法具有较好重复性。

[0065] 表2重复性测量结果

[0066]

[0067]

[0068] 3、校准结果的测量不确定度评定

[0069] 3.1数学模型

[0070] Δα＝α测‑α标  (2)

[0071] 式中：Δα‑被校数显倾角仪示值误差(°)；

[0072] α测‑数显倾角仪显示值(°)；

[0073] α标‑测量装置张开角度的标准值(°)。

[0074] 3.2测量不确定度来源分析

[0075] 影响数显倾角仪校准结果的因素主要有：①对数显倾角仪重复测量引入的不确定度；②数显倾角仪分辨力引入的不确定度；②角度标尺赋值不准引入的不确定度[0076] 3.3方差和灵敏系数计算

[0077] 由式(2)可得

[0078]

[0079] 其中，u(α)‑数显倾角仪引入的不确定度，°；

[0080] u(β)‑角度标尺引入的不确定度，°；

[0081] c1‑数显倾角仪引入的不确定度的灵敏系数；

[0082] c2‑角度标尺引入的不确定度的灵敏系数。

[0083] 灵敏系数：

[0084]

[0085]

[0086] 3.4由重复测量引入的标准不确定度uA

[0087] 数显倾角仪引入的不确定度u(α)来源主要是测量重复性引起的不确定度u(α1)和数显倾角仪分辨力引起的不确定度u(α2)(一般取其中较大者)。

[0088] 对数显倾角仪60°测量点，在相同条件下进行10次重复测量。此分量引入的标准不确定度按A类方法进行评定。所得标准偏差如前文所述。

[0089]

[0090] 由于实际测量时进行3次取平均值，则u(α1)＝＝0.004°

[0091] 数显倾角仪分辨力引入的不确定度u(α1)采用B类评定，根据JJF1059.1‑2012《测量不确定度评定与表示》4.3.3.4条，数显倾角仪的分辨力误差为0.01°。则

[0092]

[0093] 则u(α)＝u(α1)＝0.004°

[0094] 3.5角度标尺引入的标准不确定度uB

[0095] 测量装置角度标尺的不确定度，按B类方法进行评定，计算由此引入的标准不确定度分量u(β)，角度标尺的分度值为1′，量化误差为 其半宽度为0.25′，认为其为均匀分布，包含因子k取 则

[0096]

[0097] 3.6合成标准不确定度

[0098] 数显倾角仪校准结果的不确定度的各项影响因素不相关，因此合成标准不确定度按式(3)进行计算，可得到60°测量点的合成标准不确定度为：

[0099]

[0100] 3.7扩展不确定度

[0101] 假设测量结果服从正态分布，取包含因子k＝2，则其扩展不确定度U按下式进行计算，将合成标准不确定度结果代入，可得到校准结果的扩展不确定度为：

[0102] U＝2×0.005°＝0.010°

[0103] 4、校准结果的验证

[0104] 对数显倾角仪按照JJF(浙)1057校准规范中方法对测量点进行校准，再用本发明实施例的倾角仪校准装置进行校准，测量结果如表3所示。

[0105] 表3校准结果验证表

[0106]

[0107] 计算待校准的倾角仪的示值误差及测量不确定度，用En值作为校准结果的验证依据，经计算测量点的En值分别为0.14，‑0.28，0.14，比对结果均为满意。本方法得到的测定不确定度远小于采用JJF(浙)1057校准规范中得到的不确定度，说明本发明实施例的倾角仪校准装置具有更高的测量精确性。

[0108] 同时，本发明实施例倾角仪校准装置的稳定性测试以及重复性测试均符合要求。而且本发明实施例的倾角仪校准装置结构简单、易于携带、可以直接准确地读取载物平板的倾角值，通过带磁性的载物平台，使用简单且不受环境限制。

[0109] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

[0110] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0111] 本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。