一种自动标定测量仪器与测点间水平高差和夹角的辅件装置的制作方法

本技术涉及精密仪器监测，具体为一种自动标定测量仪器与测点间水平高差和夹角的辅件装置。

背景技术：

1、在土木工程、机械工程及精密仪器监测等领域，对桥梁、高层建筑、精密机床等结构的位移和振动响应进行高精度监测，是评估其运行状态、安全性能及预测寿命的关键环节。目前，激光位移传感器、微波雷达传感器、电涡流位移传感器等非接触式测量仪器被广泛应用于此类场景。这类仪器通过测量探头与待测点沿测量轴线方向的相对距离变化，获取结构的动态或静态位移数据。然而，为准确反映结构在水平或垂直方向的实际位移，必须精确标定仪器安装点与测点之间的静态水平高差或垂向夹角。若存在水平高差δh，当结构发生垂向位移δ时，仪器测得的距离变化量δ’与真实位移δ之间存在几何关系误差，导致数据失真，严重影响监测结果的可靠性。

2、目前，针对测量仪器与测点间水平高差的标定，主要依赖以下传统方法：

3、常规卷尺测量法：通过人工手持钢卷尺或皮尺，一端对准仪器中心，另一端读取测点刻度值。该方法受限于卷尺的柔性挠度误差、人工对中偏差及肉眼读数视差，难以满足高精度监测需求，且操作效率低下；水准仪测量法：需在仪器和测点附近架设水准仪，通过读取两点处水准尺的读数差计算高差。该方法虽设备精度较高，但操作流程复杂需反复调平、扶尺、读数、计算，依赖专业人员协作，易因人为操作失误引入误差，且难以适应大规模多点位快速标定场景。

4、此外，现有标定技术存在以下共性缺陷：

5、自动化与集成度不足：标定过程与测量仪器分离，需人工记录数据并手动输入分析系统，导致数据流转环节冗余且易出错；

6、复杂工况适应性差：对于跨河桥梁、高耸塔架、危险边坡等难以接近的测点，人工标定存在安全隐患，甚至无法实施；

7、动态监测支持缺失：传统方法以静态标定为主，无法满足结构振动响应等动态场景的实时、连续标定需求。

8、综上，亟需一种高精度、高效率、自动化且适应复杂工况的标定装置，以解决现有技术在精度、可靠性、安全性及智能化方面的不足。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种自动标定测量仪器与测点间水平高差和夹角的辅件装置，以解决上述背景技术中提出无法满足高精度、高效率、自动化标定的需求，尤其在复杂工况下存在显著局限性的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种自动标定测量仪器与测点间水平高差和夹角的辅件装置，包括支撑构件、位移构件、限位构件和仪器调节构件；

3、所述支撑构件用于承载辅件装置和测量仪器，位移构件用于直接或间接带动测量仪器产生垂向/水平向或其他方向位移，限位构件用于精确控制辅件装置和测量仪器的位移行程，仪器安装和/或调节构件用于将测量仪器与辅件装置固定连接和/或调节测量仪器的姿态。

4、采用上述技术方案，支撑构件采用刚性结构，可灵活适配不同外部支撑设备，通过高强度连接方式固定外部支撑和辅件装置，形成稳定的力学支撑体系；位移构件固定在支撑构件上，通过硬性连接带动测量仪器发生位移，为解算测量仪器和测点间的水平高差与夹角提供数据基础；限位构件固定或安置在位移构件或辅件装置其他位置处，通过机械硬限位或感应传感器限定位移构件的行程终点，确保位移行程的精确可控和测量过程的可靠性和可重复性；仪器安装和/或调节构件固定在位移构件或限位构件上，具备固定测量仪器与辅件装置和/或调节测量仪器姿态的功能，确保仪器安装和/或调节构件与位移构件间的硬性固定和位移传递，和/或灵活调整测量仪器的姿态，确保测量仪器视线方向与测点精确对准；这些组件的协同作用使得装置能够在复杂工况下实现快速、高精度的水平高差和夹角标定，有效解决了传统人工标定方法存在的精度低、效率差、安全性不足等问题。

5、作为本 技术实现要素： 的优选技术方案，所述支撑构件采用刚性结构，固定在外部支撑上。

6、采用上述技术方案，刚性的支撑构件是在承受辅件装置和测量仪器的静态重力载荷及位移构件的动态冲击荷载时能够保持极高的结构强度和稳定性，其形变量极小，可有效避免因支撑部件变形而导致的装置偏移或精度降低。通过将支撑构件稳固安装于外部支撑上，不仅增强了整体装置的抗振性能和抗倾覆能力，而且显著提升了装置在复杂工况下的运行可靠性。该结构设计使装置在长期使用过程中仍能保持良好的几何稳定性与工作一致性，从而有效延长设备的使用寿命，确保系统在各种环境条件下均能实现高精度、高稳定度的运行效果。

7、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述位移构件以高精度导轨为导向结构，以辅件装置和测量仪器的自身重力为驱动力。

8、采用上述技术方案，位移构件依托高精度导轨提供线性导向支撑，能够有效降低运动过程中的摩擦阻力与偏移误差，保证位移运动的平稳性与重复精度。以辅件装置和测量仪器的自身重力作为驱动力，使系统在无需额外动力源的情况下即可实现稳定、可控的位移调节，不仅简化了结构设计，减少了能耗与维护成本，同时避免了外部驱动装置引入的振动干扰。该设计方案使位移过程更为柔顺、响应更为灵敏，从而显著提升测量数据的准确性与系统运行的整体可靠性，铺垫了辅件装置的自动化基础。

9、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述位移构件带有位移锁死机构，位移锁死机构为旋钮式。

10、采用上述技术方案，位移构件配备的旋钮式位移锁死机构，能够将辅件装置和测量仪器精确固定在限位构件控制的重力势能最高点，为利用辅件装置和测量仪器自重驱动位移构件提供基础。该旋钮式位移锁死机构操作简便，通过旋转旋钮即可实现稳定的锁定与解锁，确保了辅件装置和测量仪器的快速调节和牢固固定，显著提高了操作效率与安全性。通过在重力势能最高点进行锁定，能够有效控制辅件装置和测量仪器的位移行程，避免了不必要的位移，确保在解算水平高差和夹角时数值的稳定性与可靠性，同时提升了系统的整体稳定性与精准度。

11、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述限位构件通过机械硬限位限定位移构件的行程终点。

12、采用上述技术方案，机械硬限位通过精密加工的挡块结构，能够在位移构件的行程终点处提供强有力的物理限位作用，有效防止位移构件超出预定范围。该限位构件设计具有较高的承载能力和耐磨性，能够在长时间使用中维持其稳定性和高效性能，还能够减少维护成本。通过硬限位机制的应用，辅件装置能够确保在复杂的工作环境下始终保持精确的定位，避免因过度使用导致的辅件转置损伤或故障，从而大幅提高辅件装置的整体可靠性与使用寿命。

13、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述仪器安装和/或调节构件具有多轴调节功能，包含水平旋转机构和俯仰调节机构，调节范围灵活可控。

14、采用上述技术方案，仪器安装和/或调节构件通过集成水平旋转机构与俯仰调节机构，实现了多自由度调节功能，能够在多个方向上为测量仪器提供精确的角度调节。该设计使仪器安装和/或调节构件在水平和垂直方向上的调节范围灵活可控，满足了不同应用场景对测量仪器角度调整的多样化需求。仪器安装和/或调节构件不仅提高了辅件装置的适应性和操作性，还增强了辅件装置和测量仪器在动态操作中的稳定性，确保在使用过程中达到更高的精度和可靠性。

15、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述支撑构件与位移构件、位移构件与限位构件、限位构件与仪器安装和/或调节构件的连接面设置有防转/防滑结构。

16、采用上述技术方案，辅件装置各连接面通过设置防转、防滑结构，有效防止了辅件装置和测量仪器在位移或长时间测量过程中因受到外力或振动而发生相对转动或滑动。支撑构件与位移构件、位移构件与限位构件、限位构件与仪器安装和/或调节构件之间的精确连接，确保了各部件在工作时始终保持稳定的相对位置，避免了因松动引起的系统误差。防转/防滑结构通过合理的设计和高强度材料的应用，显著提高了辅件装置在长时间工作时的稳定性与耐用性，同时降低了维护频率和成本。

17、作为本实用新型内容的优选技术方案，所述支撑构件与位移构件、位移构件与限位构件、限位构件与仪器安装和/或调节构件间采用螺栓连接。

18、采用上述技术方案，支撑构件与位移构件、位移构件与限位构件、限位构件与仪器安装和/或调节构件的连接采用螺栓连接，能够确保各个部件之间牢固且稳定的结合。螺栓连接具有优异的抗震动性能和承载能力，能够有效抵御外部力的冲击和长期使用中的磨损，保证装置在工作过程中始终维持精确的相对位置。通过螺栓连接，装置的各个构件之间的配合更加紧密，避免了因连接松动而导致的精度误差或操作不稳定，确保了系统在复杂工况下的高效运作。该连接方式不仅简化了装配与拆卸过程，减少了维护难度，还大大提高了整体装置的可靠性和使用寿命。

19、关于位移构件位移驱动方式的替代方案

20、替代方案：电机驱动式位移驱动。

21、原方案中测量仪器是利用重力通过位移构件自然下坠，替代方案可采用步进电机或伺服电机进行驱动。

22、关于辅件装置和测量仪器位移方向的替代方案

23、替代方案：水平位移方案。

24、原方案利用位移构件带动测量仪器产生的竖直位移l解算水平高车和夹角，替代方案可将原位移构件水平放置或提供一个已知精确水平位移l’的水平位移构件。

25、关于位移锁死机构的替代方案

26、替代方案：电磁锁死机构。

27、原方案中位移构件的位移锁死机构是旋钮式，替代方案为可替换为电磁锁。工作流程变为：当位移构件处于上限位需要锁死时，给电磁锁通电使得锁销弹出或摩擦片压紧，实现辅件装置和测量仪器的位移锁死；当r1测量完成后断电，锁销缩回或摩擦片松开，允许辅件装置和测量仪器下坠。

28、关于限位机构的替代方案

29、替代方案：感应传感器式限位。

30、原方案中依靠限位构件的机械硬限位来确定下位点，替代方案可以在滑轨的下终点位置安装一个感应传感器，如电感式接近开关、光电开关或霍尔传感器，当位移构件运动到感应传感器位置时，感应传感器向控制器发出信号，控制器即确认已到达下位点。

31、关于子构件间连接方式的替代方案

32、替代方案：铰接、铆接、焊接和卡槽连接中的一种或几种，或直接采用一体式辅件结构。

33、原方案中支撑构件与位移构件、位移构件与限位构件、限位构件与仪器安装和/或调节构件之间为刚性螺栓连接，替代方案各部件间的连接包括但不限于铰接、铆接、焊接和卡槽连接中的一种或几种，或直接采用一体式辅件结构。

34、关于测量仪器的替代方案

35、替代方案：任何具有测距功能的仪器。

36、本实用新型的核心原理是利用“已知位移+测距”，因此该辅件结构不仅限于与某一测量仪器配合使用，它完全可以与激光测距仪、超声波测距仪等其他任何具备距离测量功能的仪器配合使用。

37、一种利用已知位移和测距解算水平高差和夹角的方法，这是本实用新型的核心思想，区别于直接测量高差的传统思路，本方案通过构建一个包含已知物理位移量（l）和两个可测距离量（r1,r2）或一个包含已知物理位移量（l）和一个可测距离量（r1或r2）以及前后绝对距离差（r’）的几何模型，间接解算出高差和夹角，从根本上规避了直接测量的误差来源；一个能够提供精确、已知位移的机械辅件装置，这是实现上述方法的关键物理载体，其核心特征在于包含一个位移构件和限位构件，两者协作能够提供一个行程精确已知（l）、且运动轨迹确定的位移，这是保证计算准确性的物理基础；利用重力作为驱动力的简化、可靠的运动机制，通过“锁死-释放-重力下坠-限位”的方式来实现两个测量位置的切换，无需额外的动力源，结构简单，故障率低，是实现高效、低成本标定的关键设计点；本实用新型并非一个孤立的测量工具，而是一个与现有测距仪器紧密结合的“辅件”，它巧妙地利用了仪器自身的高精度测距功能作为核心数据来源，是本实用新型能够低成本、高集成度地解决技术问题的关键；限位构件不仅作为连接件，更关键的是其集成了限位功能，为重力下坠提供了一个确定的、可重复的停止位置。

38、与现有技术相比，本实用新型自动标定测量仪器与测点间水平高差和夹角的辅件装置的有益效果是：

39、本实用新型通过纯机械结构来定义一个精确的物理位移量l，并结合测量仪器自身的高精度测距值（r1和r2或r1/r2和r’）进行解算。整个过程完全排除了人工主观操作环节，从根本上消除了人为误差源，使得标定结果具有极高的精度和可重复性；

40、本实用新型的标定流程仅需“锁死-测量-解锁-测量”四个简单步骤，可实现多测点水平高差同步标定，整个过程可在30秒内自动完成。相较于水准仪法繁琐的架设、调平、读数、计算流程，效率提升巨大，且操作无需专业技能，普通工程人员即可快速掌握；

41、本实用新型并非一个独立的测量工具，而是一个与测量仪器紧密结合的“辅件”。它利用了仪器自身的测距功能作为核心数据来源，实现了“机械位移+仪器测量”的协同工作模式，实现了数据的自动采集与处理，提升了系统的集成度；

42、本实用新型主要由刚性机械构件组成，结构稳定，抗干扰能力强。其非接触式的测量原理使得操作人员可在远离测点的安全位置完成所有操作，适用于桥梁、高塔、边坡等各种复杂工况；

43、本实用新型所采用的结构构件均为成熟的标准化机械零件，制造成本低，易于加工和批量生产。其紧凑的结构和标准的连接接口使其便于携带和部署，与现有测量系统兼容性好，具有极高的推广应用价值。