CN102331236A - 大直径回转体的直径在线测量装置 - Google Patents

Abstract

大直径回转体的直径在线测量装置，包括对称地设置于被测回转体两侧的第一测量组和第二测量组，第一测量组和第二测量组关于被测回转体的轴线对称设置，两个测量组分别对准被测回转体的两端；每个测量组均包括发射测量光的发射端、对准发射端的接收端、和连接发射端和接收端的连接件，被测回转体位于发射端和接收端之间，测量光遇到被测回转体后形成被被测回转体挡住、无法传递至接收端的被阻挡光和越过被测回转体、到达接收端的剩余光；接收端接收剩余光并计算剩余光的光带宽度，接收端将光带宽度输入处理器中，处理器计算获得被测回转体的直径。本发明具有测量精度高，制造成本低的优点。

Description

大直径回转体的直径在线测量装置

技术领域

本发明涉及一种大直径回转体的直径在线测量装置。

背景技术

长期以来，随着大型机械设备向着复杂化、精密化方向发展，对于这些设备所需要的大尺寸工件的加工质量的检测要求也不断提高。国内外学者对回转体零件直径及相关参数测量进行了大量研究，但是大直径测量方面一直没有理想的方法和仪器出现，尤其在机械行业中，大尺寸精密测量尚未得到很好解决。本发明的目标是研发通过传感器的搭建在线精密测量大尺寸回转体零件的直径参数。

目前，直径测量的方法主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法主要有以下几种方式：用游标卡尺测量大外径，用于测量公差等级高于IT10的工件；用外径千分尺和卡规测量大外径，这是目前生产车间广泛使用的计量器具，但精度不高，可测500-2000mm之间的尺寸。直接测量法由于测量原理决定这类计量器具必然存在大尺寸测量弱点，如计量器具体积大、重量大难以操作，同时受力变形也大，受温度影响大，测量精度低和计量器具的制造成本高等。跨板式测量仪器和围绕法测量等接触式间接测量法存在函数误差，这样加大了测量误差，因而精度不是很高。非接触式间接测量法如滚轮法，精度可达20μ，但也存在受滑动影响，不能用于测量不连续的圆柱面等缺点。

发明内容

为克服现有技术的测量精度低，制造成本高的缺点，本发明提供了一种测量精度高，制造成本低的大直径回转体的直径在线测量装置。

大直径回转体的直径在线测量装置，包括对称地设置于被测回转体两侧的第一测量组和第二测量组，第一测量组和第二测量组关于所述的被测回转体的轴线对称设置，两个测量组分别对准所述的被测回转体的两端；

每个测量组均包括发射测量光的发射端、对准所述的发射端的接收端、和连接发射端和接收端的连接件，所述的被测回转体位于所述的发射端和接收端之间，所述的测量光遇到被测回转体后形成被所述的被测回转体挡住、无法传递至所述的接收端的被阻挡光和越过所述的被测回转体、到达所述的接收端的剩余光；所述的接收端接收所述的剩余光并计算剩余光的光带宽度，所述的接收端将光带宽度输入处理器中，处理器计算获得被测回转体的直径：

L＝(X′-X)+(Y′-Y)+L′；

其中，X′为被测回转体为已知的标准校准块时、第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y′为被测回转体为已知的标准校准块时、第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；L′为标准校准块的直径；X为未知的被测回转体的第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y为未知的被测回转体的第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度。

进一步，第一测量组的连接件与第二测量组之间设有调整两个测量组之间距离的丝杠机构。

本发明的技术构思是：采用两对基于激光扫描法的激光测量组，分别搭建在被测回转体两端边缘处，通过采集数据及分析计算得出所求直径值。一对激光测量组由一个发射端测头和一个接收端测头组成，通过发射端发出的激光经由旋转棱镜扫描被测件，根据被挡住的光的尺寸得出被测件尺寸。

第一测量组A1、B1和第二测量组A2、B2分别安装在被测回转体的左右两边，则两对测头的发射端和接收端分别位于被测回转体的上下两端。发射端和接收端依靠连接件连在一起，发射端和接收端之间距离固定不动。位于上下方向同一侧的两个测头之间，即第一测量组的发射端A1与第二测量组的发射端A2、第一测量组的接收端B1与第二测量组的接收端B2之间的距离可以通过丝杆结构进行调整，从而便于测量不同直径大小的转子轴颈，调整过程中A2与B2一同移动，避免发射端和接收端偏离同一条直线。整个装置在测量时从侧面伸进并调整至正确的测量位置进行测量。

发射端的两束测量光打在被测回转体的一条直径的两个端点，两束测量光各自被挡住一部分后被接收端接收，剩余光被接收端接收输入处理器中。第一测量组的剩余光的光带宽度为X、第二测量组的剩余光的光带宽度为Y，被测回转体的直径用L表示，两光束边缘之间的距离用Q表示，可得L＝Q-(X+Y)。

如先将标准校准块L’(或者已知标准校准块)放入两个测量组之间进行测量，则有：L’＝Q-(X’+Y’)，两个公式做减法得到：L-L’＝(X’-X)+(Y’-Y)，其中L’数值已知，然后X，X’，Y，Y’由传感器可以方便地得出，进而L＝(X’-X)+(Y’-Y)+L’，这样Q与测量的结果无关，所以Q可以由我们的现场工装的尺寸来进行任意调节，方便安装也适应了现场的环境。

因而测量之前，先将标准块推入测量区域，传感器读出的X’和Y’值传入计算机保存，作为已知量。

取出标准量块后，将测量装置从侧方位推入被测回转体，传感器读出上述的X和Y值，传入计算机根据上述公式L＝(X’-X)+(Y’-Y)+L’计算得出被测回转体的直径。

本发明具有以下有益效果：

1.在线实时测量。本发明可从侧方位推进，对加工中的工件进行在线测量。激光测量组的高采样频率保证了直径的在线检测的可行性。避免了人工操作，提高了测量效率。

2.测量精度高。本发明的测量系统的测量精度为2μ～3μ。

3.稳定性好。本发明采用的测量方法受环境因素影响较小，可抗工厂复杂因素干扰，稳定性好。

4.采用两组激光测量组即可完成测量过程，制造成本低。

附图说明

图1是本发明测量装置图。

图2是计算分析原理图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

大直径回转体的直径在线测量装置，包括对称地设置于被测回转体两侧的第一测量组A1、B1和第二测量组A2、B2，第一测量组A1、B1和第二测量组A2、B2关于所述的被测回转体1的轴线对称设置，两个测量组分别对准所述的被测回转体1的两端；

每个测量组均包括发射测量光的发射端A1、A2、对准所述的发射端的接收端B1、B2、和连接发射端A1、A2和接收端B1、B2的连接件2，所述的被测回转体1位于所述的发射端A1、A2和接收端B1、B2之间，所述的测量光遇到被测回转体1后形成被所述的被测回转体挡住、无法传递至所述的接收端的被阻挡光和越过所述的被测回转体、到达所述的接收端的剩余光；所述的接收端B1、B2接收所述的剩余光并计算剩余光的光带宽度，所述的接收端将光带宽度输入处理器中，处理器计算获得被测回转体1的直径：

L＝(X′-X)+(Y′-Y)+L′；

其中，X′为被测回转体为已知的标准校准块时、第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y′为被测回转体为已知的标准校准块时、第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；L′为标准校准块的直径；X为未知的被测回转体的第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y为未知的被测回转体的第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度。

第一测量组与第二测量组之间设有调整两个测量组之间距离的丝杠机构。

本发明的技术构思是：采用两对基于激光扫描法的激光测量组，分别搭建在被测回转体两端边缘处，通过采集数据及分析计算得出所求直径值。一对激光测量组由一个发射端测头和一个接收端测头组成，通过发射端发出的激光经由旋转棱镜扫描被测件，根据被挡住的光的尺寸得出被测件尺寸。

第一测量组A1、B1和第二测量组A2、B2分别安装在被测回转体的左右两边，则两对测头的发射端和接收端分别位于被测回转体的上下两端。发射端和接收端依靠连接件连在一起，发射端和接收端之间距离固定不动。位于同一测的两个测头之间，即第一测量组的发射端A1与第二测量组的发射端A2、第一测量组的接收端B1与第二测量组的接收端B2之间的距离可以通过丝杆结构进行调整，从而便于测量不同直径大小的转子轴颈，调整过程中A2与B2一同移动，避免发射端和接收端偏离同一条直线。整个装置在测量时从侧面伸进并调整至正确的测量位置进行测量。

发射端的两束测量光打在被测回转体的一条直径的两个端点，两束测量光各自被挡住一部分后被接收端接收，剩余光被接收端接收输入处理器中。第一测量组的剩余光的光带宽度为X、第二测量组的剩余光的光带宽度为Y，被测回转体的直径用L表示，两光束边缘之间的距离用Q表示，可得L＝Q-(X+Y)。

如先将标准校准块L’(或者已知标准校准块)放入两个测量组之间进行测量，则有：L’＝Q-(X’+Y’)，两个公式做减法得到：L-L’＝(X’-X)+(Y’-Y)，其中L’数值已知，然后X，X’，Y，Y’由传感器可以方便地得出，进而L＝(X’-X)+(Y’-Y)+L’，这样Q与测量的结果无关，所以Q可以由我们的现场工装的尺寸来进行任意调节，方便安装也适应了现场的环境。

因而测量之前，先将标准块推入测量区域，传感器读出的X’和Y’值传入计算机保存，作为已知量。

取出标准量块后，将测量装置从侧方位推入被测回转体，传感器读出上述的X和Y值，传入计算机根据上述公式L＝(X’-X)+(Y’-Y)+L’计算得出被测回转体的直径。

本发明具有以下有益效果：

1.在线实时测量。本发明可从侧方位推进，对加工中的工件进行在线测量。激光测量组的高采样频率保证了直径的在线检测的可行性。避免了人工操作，提高了测量效率。

2.测量精度高。本发明的测量系统的测量精度为2μ～3μ。

3.稳定性好。本发明采用的测量方法受环境因素影响较小，可抗工厂复杂因素干扰，稳定性好。

4.采用两组激光测量组即可完成测量过程，制造成本低。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.大直径回转体的直径在线测量装置，其特征在于：包括对称地设置于被测回转体两侧的第一测量组和第二测量组，第一测量组和第二测量组关于所述的被测回转体的轴线对称设置，两个测量组分别对准所述的被测回转体的两端；

每个测量组均包括发射测量光的发射端、对准所述的发射端的接收端、和连接发射端和接收端的连接件，所述的被测回转体位于所述的发射端和接收端之间，所述的测量光遇到被测回转体后形成被所述的被测回转体挡住、无法传递至所述的接收端的被阻挡光和越过所述的被测回转体、到达所述的接收端的剩余光；所述的接收端接收所述的剩余光并计算剩余光的光带宽度，所述的接收端将光带宽度输入处理器中，处理器计算获得被测回转体的直径：

L＝(X′-X)+(Y′-Y)+L′；

其中，X′为被测回转体为已知的标准校准块时、第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y′为被测回转体为已知的标准校准块时、第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；L′为标准校准块的直径；X为未知的被测回转体的第一测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度；Y为未知的被测回转体的第二测量组的接收端获取的剩余光的光带宽度。

2.如权利要求1所述的大直径回转体的直径在线测量装置，其特征在于：第一测量组的连接件与第二测量组之间设有调整两个测量组之间距离的丝杠机构。

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