CN102679843B - 一种用于大外径测量的非整圆π尺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于大外径测量的非整圆Π尺，包含至少一根尺带、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置，其中，尺带包含一个矩形截面柔性带子和二个尺头，定位拉紧与封闭尺寸测量装置包含带有上定位圆柱和上钩爪的上定位机构、带有下定位圆柱和下钩爪的下定位机构，以及拉紧与封闭尺寸测量机构。设置两根及以上尺带时，各尺带之间采用带钩串联连接。类似于传统Π尺，测量时将一个或几个用带钩串联连接的尺带和定位拉紧与封闭尺寸测量装置围绕被测外圆一周，根据几何与力学关系得出被测外圆直径。由于在传统尺带上引入两个定位圆柱，并且可以采用多个尺带现场连接测量，从而可以大大增加单个尺带所对应的外径测量范围，同时大大减少所需要的尺带总数。

Description

一种用于大外径测量的非整圆Π尺

技术领域

本发明涉及测量大外径的测量器具，尤其是一种用于大外径测量的非整圆Π尺，属于长度计量领域。

背景技术

大外径的高精度和简便测量是一个长期困扰长度计量领域的问题，难以很好地解决。通过测量周长然后除以π进而得出被测外径、带有刻度的Π尺是一个已经被广泛使用的大外径测量器具，该器具轻便、操作简易，其测量所得到的周长不仅取决于Π尺上的刻度，还要考虑Π尺围绕所承受拉力和摩擦反力后的变形。然而，Π尺的精度不是很高。一种改进方法是将一种被称为尺带的、其上没有刻度但两端连接有直角角铁的带子不是完整地围绕一周，而是留下一个间隙，通过精确测量该间隙还原该段间隙所对应的弧长进而得出被测外径。同样，测量所得到的周长也还要考虑尺带围绕所承受拉力和摩擦反力后的变形。这种方法虽然被证明提高了精度且效果显著，然而却存在另外一个问题：一个特定长度的尺带所能够被实际利用测量的间隙不是很大，因而对应这单个尺带的大外径测量范围十分有限。这是因为被测表面为圆弧，因此，构成所测间隙的二个直角角铁平面实际上不是平行的，间隙越大，这种不平行的程度越大，而要测的间隙是其中的最小值，这样，稍微加大一点间隙，测量精度就很难保证。因为单个尺带的测量范围十分有限，所以，采用这种方法测量某一较大范围的被测大外径时就需要数量很大的尺带。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种将现有技术改进后的一种用于大外径测量的非整圆Π尺，采用如下技术方案：

一种用于大外径测量的非整圆Π尺，其特征在于，该非整圆Π尺包含至少一根尺带（1）、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置（2）；

所述尺带（1）包含一个截面为矩形的柔性带子（11）和二个分别连接在带子（11）两端的尺头（12），二个尺头（12）的外表面（121）为圆柱形，带子（11）拉直后，带子（11）对应于其矩形截面中心连线的中心线与二个尺头（12）的外表面（121）轴线垂直相交，而且带子（11）对应于其矩形截面长边的表面与二个尺头（12）的外表面（121）轴线平行。带子（11）矩形截面长边和短边的尺寸分别称为带子（11）的宽度和厚度，带子（11）拉直后，二个尺头（12）的外表面（121）之间的轴心距称为尺带（1）的长度。

所述定位拉紧与封闭尺寸测量装置（2）包含一个上定位机构（21）、一个下定位机构（22）和至少一个拉紧与封闭尺寸测量机构（23）；上定位机构（21）包含一个上定位圆柱（212）、一个带有能够钩住所述尺头（12）的上钩爪（2111）的上钩（211）、一个心轴状的上轴（213）和至少二个为滚动轴承的上轴承（214），作为上定位圆柱（212）最外表面的上定位圆柱（212）的最外表面（2121）为圆柱形，其轴线与被上钩爪（2111）钩住的尺头（12）的外表面（121）轴线平行，上定位圆柱（212）内部包含有二个与上定位圆柱（212）的最外表面（2121）同轴的、孔状的上定位圆柱内孔（2122），在这二个上定位圆柱内孔（2122）之间开有一个窗口状的上定位圆柱窗口（2123），上轴承（214）分别安装在二个上定位圆柱内孔（2122）中，上轴（213）安装在上轴承（214）内孔中，而上钩（211）则与上轴（213）连接并通过上定位圆柱窗口（2123）使其上的上钩爪（2111）暴露在上定位圆柱（212）外部并且可以绕上定位圆柱内孔（2122）轴线有限转动；所述下定位机构（22）包含一个下定位圆柱（222）、一个带有能够钩住所述尺头（12）的下钩爪（2211）的下钩（221）、一个心轴状的下轴（223）和至少二个为滚动轴承的下轴承（224），作为下定位圆柱（222）最外表面的下定位圆柱（222）的最外表面（2221）为圆柱形，其轴线与被下钩爪（2211）钩住的尺头（12）的外表面（121）轴线平行，下定位圆柱（222）内部包含有二个与下定位圆柱（222）的最外表面（2221）同轴的、孔状的下定位圆柱内孔（2222），在这二个下定位圆柱内孔（2222）之间开有一个窗口状的下定位圆柱窗口（2223），下轴承（224）分别安装在二个下定位圆柱内孔（2222）中，下轴（223）安装在下轴承（224）内孔中，而下钩（221）则与下轴（223）连接并通过下定位圆柱窗口（2223）使其上的下钩爪（2211）暴露在下定位圆柱（222）外部并且可以绕下定位圆柱内孔（2222）轴线有限转动；所述拉紧与封闭尺寸测量机构（23）包含一个拉簧（231）、一个确定该拉簧（231）所承受拉力的拉力与封闭尺寸测量机构（232）、一个与上定位机构（21）连接的上拉环（235）以及一个与下定位机构（22）连接的下拉环（236）；所述上定位机构（21）、下定位机构（22）和拉紧与封闭尺寸测量机构（23）之间的相互关系是：拉紧与封闭尺寸测量机构（23）位于上定位机构（21）和下定位机构（22）之间并分别通过其上的上拉环（235）与下拉环（236）将它们连接在一起，上定位圆柱（212）的最外表面（2121）轴线和下定位圆柱（222）的最外表面（2221）轴线之间相互平行。

所述带子（11）和尺头（12）的连接方式为：首先，在尺头（12）上开有一个垂直于尺头（12）的外表面（121）轴线的扁孔（122），该扁孔（122）的横截面具有二个平行的长边，这二个长边对称于尺头（12）的外表面（121）轴线，并且其距离大于带子（11）的厚度，此外，垂直于该扁孔（122）和尺头（12）的外表面（121）轴线加工有若干螺钉孔（123）和对应的沉孔（124）；其次，在带子（11）两端中的每一端、与螺钉孔（123）对应，加工有若干光孔（111）；最后，两端分别插入二个尺头（12）扁孔（122）中的带子（11）和这二个被带子（11）分别插入扁孔（122）中的尺头（12）分别被通过光孔（111）旋入螺钉孔（123）的螺钉（13）固定在一起。

所述上钩（211）暴露在上定位圆柱（212）外部的一端为其上具有形状为V形的上钩爪表面（21111）的上钩爪（2111）；所述上钩爪（2111）钩住尺头（12），意指尺头（12）的外表面（121）与上钩爪表面（21111）相切；为了在上钩爪（2111）钩住尺头（12）时带子（11）和上钩（211）之间不发生干涉，在上钩（211）上位于上钩爪表面（21111）处开有一个开口状的上钩开口（2112）。

所述下钩（221）暴露在下定位圆柱（222）外部的一端为其上具有形状为V形的下钩爪表面（22111）的下钩爪（2211）；所述下钩爪（2211）钩住尺头（12），意指尺头（12）的外表面（121）与下钩爪表面（22111）相切；为了在下钩爪（2211）钩住尺头（12）时带子（11）和下钩（221）之间不发生干涉，在下钩（221）上位于下钩爪表面（22111）处开有一个开口状的下钩开口（2212）。

所述拉紧与封闭尺寸测量机构（23）包含拉簧（231）、外管（233）、内管（234）、上拉环（235）、下拉环（236）、外管接头（237）和内管接头（238），其中，外管（233）和内管（234）皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆管，上拉环（235）和下拉环（236）皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆环，而且，上拉环（235）外圆比上定位圆柱（212）的最外表面（2121）直径要小，下拉环（236外圆比下定位圆柱（222）的最外表面（2221）直径要小。拉紧与封闭尺寸测量机构（23）各个部分的连接关系是：外管（233）外圆和内管（234）内孔为可以轴向相对滑动的间隙配合，上拉环（235）与外管接头（237）连接，外管接头（237）与外管（233）连接，外管接头（237）与拉簧（231）的一端连接，拉簧（231）的另一端与内管接头（238）连接，内管（234）与内管接头（238）连接，内管接头（238）与下拉环（236）连接。

所述外管（233）上开有一个窗口状的外管窗口（2331）和与其紧邻的、为一个平面的游标刻线表面（2332），在游标刻线表面（2332）上沿外管（233）内孔轴向刻上游标刻线（2333），在内管（234）外圆可通过外管窗口（2331）暴露出来的部位上沿内管（234）外圆轴向刻上主尺刻线（2341），游标刻线（2333）和主尺刻线（2341）包括承载它们的外管（233）和内管（234）共同组成一个为游标机构的所述拉力与封闭尺寸测量机构（232）。

根据实际测量的需要，可以设置两根及以上尺带（1），此时，需另外设置数量少于所设置尺带（1）数量1的带钩（3）将所设置尺带（1）串联连接。所述带钩（3）具有二个钩状的带钩爪（31），能够将二个相邻尺带（1）的相邻尺头（12）钩住在一起，并使这二个尺头（12）的外表面（121）轴线相互平行，进而将这两个尺带（1）串联连接。所述二个带钩爪（31）上各带有一个形状为V形的带钩爪表面（311），这二个带钩爪表面（311）面对面布置而且相互平行；带钩爪（31）钩住尺头（12），尺头（12）的外表面（121）与带钩爪（31）上的带钩爪表面（311）相切；为了在带钩爪（311）钩住尺头（12）时带子（11）和带钩（31）之间不发生干涉，在带钩（31）上位于二个带钩爪表面（311）处开有二个开口状的带钩开口（32）；另外，带钩爪（311）和尺头（12）的设计必须保证当被带钩爪（311）连接在一起的二根或以上尺带（1）测量时围住被测外圆（0）时，带钩爪（311）不能与被测圆柱（0）接触，从而使被带钩爪（311）钩住的各尺头（12）的外表面（121）与被测外圆（0）接触。

本发明的优点及显著效果：本质上，本发明与背景技术中的尺带具有类似的测量原理，因而具有相近的测量精度。不同的是，本发明采取了两项主要的措施改进性能：一是引入了二个定位圆柱，使得在背景技术中所要测量的二个直角角铁之间的间隙变成了非整圆Π尺中二个平行圆柱之间的轴心距，这样一来，只要这二个圆柱的直径选择得足够大，就可以大大增加可测的这二个圆柱之间的轴心距，从而大大增加单个尺带所对应的非整圆Π尺的大外径测量范围；二是采用可以多于一个的尺带现场连接测量大外径，由于不同长度的尺带1的组合效果，可以大大减少测量某一范围被测外径所需要的尺带总数。此外，现场精确测量二个平行圆柱之间的轴心距也比测量非等间距的二个直角角铁之间的间隙要容易得多，而本发明采用原来测量拉力的机构直接得出该轴心距则进一步简化了这一操作。最后，与背景技术中的传统Π尺或尺带不同的是，本发明中尺带所承受的力不需要是恒力，加之钩爪结构的引入，装置的操作更加简便。

附图说明

图1是本发明实施例采用一根尺带（1）和一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置（2）测量大外径时正视图，其中D为被测外圆（0）直径；

图2是图1的右视图；

图3是本发明实施例采用二根尺带（1）、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置（2）和一个带钩（3）测量大外径时正视图，其中D为被测外圆（0）直径；

图4是图3的右视图；

图5是图2或图4中定位拉紧与封闭尺寸测量装置（2）处局部放大视图；

图6是图5的A-A剖视图；

图7是图5的B-B剖视图；

图8是图5的C-C剖视图；

图9是图6的II处局部放大视图；

图10是图9的E-E剖视图；

图11是图9的F-F剖视图；

图12是图5的I处局部放大视图；

图13是图5的D-D剖视图；

图14是图6的III处局部放大视图；

图15是图14的G-G剖视图；

图16是图14的H-H剖视图；

图17是本发明实施例上定位机构（21）处局部轴侧图；

图18是本发明实施例下定位机构（22）处局部轴侧图；

图19是图3中带钩（3）处局部放大剖视图；

图20是图19I的V处局部放大视图；

图21是图20的J-J剖视图；

图22是图20的K-K剖视图；

图23是本发明实施例采用一根尺带（1）测量处于卧姿时的被测外圆大外径原理示意图；

图24是本发明实施例采用二根尺带（1）测量处于卧姿时的被测外圆大外径原理示意图。

具体实施方式

附图标号说明：0-被测外圆；1-尺带；11-带子；111-光孔；12-尺头；121-尺头12的外表面；122-扁孔；123-螺钉孔；124-沉孔；13-螺钉；14-弹簧垫圈；2-定位拉紧与封闭尺寸测量装置；21-上定位机构；211-上钩；2111-上钩爪；21111-上钩爪表面；2112-上钩开口；212-上定位圆柱；2121-上定位圆柱212的最外表面；2122-上定位圆柱内孔；2123-上定位圆柱窗口；2124-上定位圆柱延伸圆柱；213-上轴；214-上轴承；22-下定位机构；221-下钩；2211-下钩爪；22111-下钩爪表面；2212-下钩开口；222-下定位圆柱；2221-下定位圆柱222的最外表面；2222-下定位圆柱内孔；2223-下定位圆柱窗口；2224-下定位圆柱延伸圆柱；223-下轴；224-下轴承；23-拉紧与封闭尺寸测量机构；231-拉簧；232-拉力与封闭尺寸测量机构；233-外管；2331-外管窗口；2332-游标刻线表面；2333-游标刻线；234-内管；2341-主尺刻线；235-上拉环；236-下拉环；237-外管接头；238-内管接头；3-带钩；31-带钩爪；311-带钩爪表面；32-带钩开口。

如图1~图4所示，本发明实施例包含至少一根尺带1、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置2。测量时，根据所设置的尺带1数量不同，需要采用不同的配置。图1和图2所示是设置一个尺带1测量时的配置，它包含一个尺带1和一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置2；图3和图4所示是设置二个尺带1测量时的配置，它包含二个尺带1、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置2和另外设置的一个带钩3，其中带钩3用于将两个尺带1串联连接；以此类推，也可以设置三个尺带1，测量时的配置包含三个尺带1、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置2和另外设置的二个带钩3，其中二个带钩3用于将三个尺带1串联连接，等等。其中，所设置带钩3数量比所设置尺带1数量少1。

如图9、图10、图14和图15所示，尺带1包含一个截面为矩形的柔性钢制带子11和二个分别连接在带子11两端的钢制尺头12，二个尺头12的外表面121为圆柱形，带子11拉直后，对应于其矩形截面中心连线的中心线与二个尺头12的外表面121轴线垂直相交，而且带子11对应于其矩形截面长边的表面与二个尺头12的外表面121轴线平行。

如图5所示，定位拉紧与封闭尺寸测量装置2包含一个上定位机构21、一个下定位机构22和二个拉紧与封闭尺寸测量机构23；如图6、图8、图9和图17所示，上定位机构21包含一个钢制上定位圆柱212、一个带有能够钩住所述尺头12的上钩爪2111的钢制上钩211、一个心轴状的钢制上轴213和四个为滚动轴承的上轴承214，上定位圆柱212的最外表面2121为圆柱形，其轴线与被上钩爪2111钩住的尺头12的外表面121轴线平行，上定位圆柱212内部包含有二个与上定位圆柱212的最外表面2121同轴的、孔状的上定位圆柱内孔2122，在这二个上定位圆柱内孔2122之间开有一个窗口状的上定位圆柱窗口2123（如图17所示），上轴承214分别安装在二个上定位圆柱内孔2122中，上轴213安装在上轴承214内孔中，而上钩211则与上轴213连接并通过上定位圆柱窗口2123使其上的上钩爪2111暴露在上定位圆柱212外部并且可以绕上定位圆柱内孔2122轴线有限转动；如图6、图13、图14和18所示，所述下定位机构22包含一个钢制下定位圆柱222、一个带有可以钩住所述尺头12的下钩爪2211的钢制下钩221、一个心轴状的钢制下轴223和四个为滚动轴承的下轴承224，下定位圆柱222的最外表面2221为圆柱形，其轴线与被下钩爪2211钩住的尺头12的外表面121轴线平行，下定位圆柱222内部包含有二个与下定位圆柱222的最外表面2221同轴的、孔状的下定位圆柱内孔2222，在这二个下定位圆柱内孔2222之间开有一个窗口状的下定位圆柱窗口2223（如图18所示），下轴承224分别安装在二个下定位圆柱内孔2222中，下轴223安装在下轴承224内孔中，而下钩221则与下轴223连接并通过下定位圆柱窗口2223使其上的下钩爪2211暴露在下定位圆柱222外部并且可以绕下定位圆柱内孔2222轴线有限转动；如图7所示，所述拉紧与封闭尺寸测量机构23包含一个拉簧231、一个确定该拉簧231所承受拉力的拉力与封闭尺寸测量机构232、一个与上定位机构21连接的上拉环235以及一个与下定位机构22连接的下拉环236；如图5、图6、图7、图8和图13所示，所述上定位机构21、下定位机构22和二个拉紧与封闭尺寸测量机构23之间的相互关系是：二个拉紧与封闭尺寸测量机构23位于上定位机构21和下定位机构22之间并分别通过其上的上拉环235与下拉环236将它们连接在一起，上定位圆柱212的最外表面2121轴线和下定位圆柱222的最外表面2221轴线之间相互平行，这种布置使得改变上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距可以拉紧或放松拉紧与封闭尺寸测量机构23上的拉簧231，使上定位机构21和下定位机构22之间所承受的拉力发生变化，同时，也使得拉紧与封闭尺寸测量机构23上的拉力与封闭尺寸测量机构232可以确定上定位圆柱212的最外表面2121轴线和下定位圆柱222的最外表面2221轴线之间的轴心距（封闭尺寸）。

如图19和图20所示，带钩3为钢制，其上具有二个钩状的带钩爪31，可以将二个相邻尺带1的相邻尺头12钩住在一起并且这二个尺头12的外表面121轴线相互平行。

下面进一步说明实施例的细节。

如图9、图10、图14和图15所示，带子11和尺头12的连接方式为：首先，在尺头12上开有一个垂直于尺头12的外表面121轴线的扁孔122，该扁孔122的横截面具有二个平行的长边，这二个长边对称于尺头12的外表面121轴线，并且其距离大于带子11的厚度，此外，垂直于该扁孔122和尺头12的外表面121轴线加工有三个螺钉孔123和对应的沉孔124；其次，在带子11两端中的每一端、与螺钉孔123对应，加工有三个光孔111；最后，两端分别插入二个尺头12扁孔122中的带子11和这二个被带子11分别插入扁孔122中的尺头12分别被通过光孔111旋入螺钉孔123的螺钉13配以三个弹簧垫圈14固定在一起。

如图9和图11所示，上钩211暴露在上定位圆柱212外部的一端为其上具有形状为V形的上钩爪表面21111的上钩爪2111；上钩爪2111钩住尺头12，意指尺头12的外表面121与上钩爪表面21111相切；为了在上钩爪2111钩住尺头12时带子11和上钩211之间不发生干涉，在上钩211上位于上钩爪表面21111处开有一个开口状的上钩开口2112。

如图14和16所示，下钩221暴露在下定位圆柱222外部的一端为其上具有形状为V形的下钩爪表面22111的下钩爪2211；下钩爪2211钩住尺头12，意指尺头12的外表面121与下钩爪表面22111相切；为了在下钩爪2211钩住尺头12时带子11和下钩221之间不发生干涉，在下钩221上位于下钩爪表面22111处开有一个开口状的下钩开口2212。

如图8所示，上定位圆柱21两侧对称延伸出二个与上定位圆柱212的最外表面2121同轴的圆柱状的上定位圆柱延伸圆柱2124；

如图13所示，下定位圆柱21两侧对称延伸出二个与下定位圆柱222的最外表面2221同轴的圆柱状的下定位圆柱延伸圆柱2224。

如图7和图12所示，拉紧与封闭尺寸测量机构23包含拉簧231、外管233、内管234、上拉环235、下拉环236、外管接头237和内管接头238，其中，外管233和内管234皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆管，上拉环235和下拉环236皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆环，而且，上拉环235外圆直径比上定位圆柱212的最外表面2121直径要小，下拉环236外圆直径比下定位圆柱222的最外表面2221直径要小。拉紧与封闭尺寸测量机构23各个部分的连接关系是：外管233外圆和内管234内孔为可以轴向相对滑动的间隙配合，上拉环235与外管接头237连接，外管接头237与外管233连接，外管接头237与拉簧231的一端连接，拉簧231的另一端与内管接头238连接，内管234与内管接头238连接，内管接头238与下拉环236连接。

如图12所示，外管233上开有一个窗口状的外管窗口2331和与其紧邻的、为一个平面的游标刻线表面2332，在游标刻线表面2332上沿外管233内孔轴向刻上游标刻线2333，在内管234外圆可通过外管窗口2331暴露出来的部位上沿内管234外圆轴向刻上主尺刻线2341，游标刻线2333和主尺刻线2341，包括承载它们的外管233和内管234共同组成一个为游标机构的所述拉力与封闭尺寸测量机构232，可以测量外管233和内管234轴向相对滑动的距离。

如图8和图13所示，二个拉紧与封闭尺寸测量机构23与上定位机构21和下定位机构22的连接方式为：二个拉紧与封闭尺寸测量机构23的二个上拉环235的内孔分别与二个上定位圆柱延伸圆柱2124成间隙配合，二个拉紧与封闭尺寸测量机构23的二个下拉环236的内孔分别与二个下定位圆柱延伸圆柱2224成间隙配合。这样，当改变上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距时，就可以分别通过两组上定位圆柱212—上拉环235—外管接头237和下定位圆柱222—下拉环236—内管接头238两条路径拉紧或放松二个拉簧231，使上定位机构21和下定位机构22之间所承受的拉力发生变化。注意到，因为二个上定位圆柱延伸圆柱2124和二个下定位圆柱延伸圆柱2224是对称延伸出的，所以二个拉紧与封闭尺寸测量机构23也是相对于上定位圆柱212和下定位圆柱222中间面对称分布的，也就是说，二个拉紧与封闭尺寸测量机构23是相对于测量时被钩住的尺带1对称分布的。

如图12所示，拉力与封闭尺寸测量机构232确定拉簧231所承受拉力的方法如下：首先，根据拉力与封闭尺寸测量机构232上的游标机构的读数测量出外管233和内管234轴向相对该游标机构零位时滑动的距离；其次，根据该游标机构零位所对应的拉簧231所承受的拉力和拉簧231的刚度就可以确定该游标机构任意读数所对应的拉簧231所承受的拉力，也就是上定位机构21和下定位机构22处于任意距离时拉簧231所承受的拉力。可以看出，与普通的弹簧拉力计拉力指示机构相比，这里采用了游标机构，所以拉力测量精度更高。

如图6和图12所示，拉力与封闭尺寸测量机构232确定上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间轴心距（封闭尺寸）的方法如下：首先，根据拉力与封闭尺寸测量机构232上的游标机构的读数测量出外管233和内管234轴向相对该游标机构零位时滑动的距离；其次，取这个读数与该游标机构零位所对应的上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距之和即为所求封闭尺寸。因为二个拉紧与封闭尺寸测量机构23对称布置于测量时被钩住的尺带1两侧，当实际测量时上定位圆柱212的最外表面2121轴线与下定位圆柱222的最外表面2221轴线不平行时，还可以采用二个拉紧与封闭尺寸测量机构23的二个拉力与封闭尺寸测量机构232上的游标机构的读数取平均值，从而消除其影响。

如图20、图21和图22所示，带钩3的二个带钩爪31上各带有一个形状为V形的带钩爪表面311，这二个带钩爪表面311面对面布置而且相互平行；带钩爪31钩住尺头12，意指尺头12的外表面121与带钩爪31上的带钩爪表面311相切，这样，若带钩爪31将两个尺带1的各一个尺头分别钩住就能够将这两个尺带1串联连接；为了在带钩爪311钩住尺头12时带子11和带钩31之间不发生干涉，在带钩31上位于二个带钩爪表面311处开有二个开口状的带钩开口32。

下面说明实施例的操作方法和工作原理。首先说明如图1和图2所示的设置一个尺带1测量大外径时的操作方法和工作原理：第一步，将尺带1和定位拉紧与封闭尺寸测量装置2围绕住被测外圆0，使①尺带1的二个尺头12分别被上钩爪2111和下钩爪2211钩住，这时，尺带1开始通过上定位机构21和下定位机构22承受二个拉簧231所施加的拉力，从而与被测外圆0表面紧密贴合；②上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221与被测外圆0表面相切，同时，它们的轴线与被测外圆0轴线平行；第二步，读出二个拉力与封闭尺寸测量机构232上的读数值，确定二个拉簧231的拉力值；第三步，根据二个拉力与封闭尺寸测量机构232上的读数值，确定上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距（封闭尺寸）；最后一步，根据上述被测外圆0、尺带1和定位拉紧与封闭尺寸测量装置2彼此之间的几何关系、各个部分所承受的力如拉簧拉力、自身重力和摩擦力等及其相应变形的力学关系，以及尺带1和定位拉紧与封闭尺寸测量装置2的结构尺寸计算出被测外圆0外径。需要指出，为了建立准确的几何关系，上钩爪2111和下钩爪2211如前所述适当范围的转动是必须的，目的在于适应不同直径的被测外圆0。

其次，说明实施例如图3和图4所示的设置二个尺带1测量大外径时的操作方法和工作原理：第一步，将二个尺带1、定位拉紧与封闭尺寸测量装置2和带钩3围绕住被测外圆0，使①二个尺带1相邻的两个尺头12被二个带钩爪31分别钩住，从而使它们串联连接，同时，二个尺带1的另二个尺头12分别被上钩爪2111和下钩爪2211钩住，这时，二个尺带1开始通过上定位机构21、下定位机构22和带钩3承受二个拉簧231所施加的拉力，从而与被测外圆0表面紧密贴合，注意到，对于二个尺带1中被二个带钩爪31分别钩住的二个尺头12而言，这同时意味着这二个尺头12的外表面121分别与被测外圆0表面相切，而这一点，如图20所示，是由被带钩3钩住的尺头12在与被测外圆0相向的方向凸出在带钩3之外保证的；②上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221与被测外圆0表面相切，同时，它们的轴线与被测外圆0轴线平行；第二步，读出二个拉力与封闭尺寸测量机构232上的读数值，确定二个拉簧231的拉力值；第三步，根据二个拉力与封闭尺寸测量机构232上的读数值，确定上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距（封闭尺寸）；最后一步，根据上述被测外圆0、二个尺带1、定位拉紧与封闭尺寸测量装置2和带钩3彼此之间的几何关系、各个部分所承受的力如拉簧拉力、自身重力和摩擦力等及其相应变形的力学关系，以及二个尺带1、定位拉紧与封闭尺寸测量装置2和带钩3的结构尺寸计算出被测外圆外径。

以此类推，可以说明实施例设置三个或以上尺带1测量大外径时的操作方法和工作原理，不再叙述。

需要指出，在以上操作方法中的第三步中也可以采用外部的测量器具如内径千分尺测量并确定封闭尺寸，好处是测量精度可以有所提高，坏处是效率会下降一些。

下面给出上述几何和力学关系的二个实际例子。首先给出设置一个尺带1测量大外径时的例子：如图23所示，假定被测外圆0处于卧姿，测量时上定位机构21在上，下定位机构22在下。假定上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221的直径相同，为d，假定带子11的厚度和宽度分别为δ和w，假定带子11的材料弹性模量为E，忽略除尺带1与被测外圆0表面之间摩擦系数μ之外的其它影响很小的非整圆Π尺各部分之间及其与被测外圆0表面之间的摩擦系数，忽略影响微弱的尺带1和拉簧231的自重，存在如下几何和力学关系：

αu+2β+γ=2π    （1）

$\mathrm{\αu}=\frac{2\mathrm{Lu}+2\mathrm{\Δ}\mathrm{Lu}+4\mathrm{Ls}-2\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}}{D+\mathrm{\δ}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\β}={\cos }^{-1}\frac{D+\mathrm{\δ}}{D+d}---\left(3\right)$

$\mathrm{\γ}=2{\sin }^{-1}\frac{\mathrm{Lo}}{D+d}---\left(4\right)$

$F1=(P+W1)\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})\mathrm{tg\β}+(P+W1)\cos (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})---\left(5\right)$

$F2=(P-W2)\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})\mathrm{tg\β}-(P-W2)\cos (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})---\left(6\right)$

$\frac{F1}{e^{\mathrm{\μ\α}1}}-\frac{F2}{e^{\mathrm{\μ}(\mathrm{\αu}-\mathrm{\α}1)}}=0---\left(7\right)$

$\mathrm{\ΔLu}=\frac{F1\·D}{2\mathrm{\μEw\δ}}(1-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ\α}1}})+\frac{F2\·D}{2\mathrm{\μEw\δ}}(1-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ}(\mathrm{\αu}-\mathrm{\α}1)}})+\frac{(F1+F2)(\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}-2\mathrm{Ls})}{2\mathrm{Ew\δ}}---\left(8\right)$

其中，D为被测外圆0直径，Lu为尺带1的长度，ΔLu为尺带1受力后的长度变形，P为二个拉簧231拉力之和，W1为拉紧与封闭尺寸测量机构23中包括外管233以上部位所有零件的重力和，W2为拉紧与封闭尺寸测量机构23包括内管234以下部位所有零件的重力和，F1为尺带1在上钩爪2111处所受拉力，F2为尺带1在下钩爪2211处所受拉力，Lo为上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距（封闭尺寸），Ls为测量状态时，上定位圆柱212的最外表面2121与被上钩爪2111钩住的尺头12的外表面121之间的轴心距，或者，下定位圆柱222的最外表面2221与被下钩爪2211钩住的尺头12的外表面121之间的轴心距（假定它们相等）。

其次，给出设置二个尺带1测量大外径时的例子：如图24所示，假定被测外圆0处于卧姿，测量时上定位机构21在上，下定位机构22在下。假定上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221的直径相同，为d，假定所有尺带1的尺头12的外表面121的直径相同，为dc，假定所有尺带1的带子11的厚度和宽度相同，分别为δ和w，假定所有尺带1的带子11的材料弹性模量相同，为E，忽略除尺带1与被测外圆0表面之间摩擦系数μ之外的其它影响很小的非整圆Π尺各部分之间及其与被测外圆0表面之间的摩擦系数，忽略影响微弱的尺带1、带钩3和拉簧231的自重，存在如下几何和力学关系：

$\mathrm{\αu}=\frac{2\mathrm{Lu}+2\mathrm{\ΔLu}+2\mathrm{Ls}-\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}-\sqrt{{(D+\mathrm{dc})}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}}{D+\mathrm{\δ}}---\left(10\right)$

$\mathrm{\β}={\cos }^{-1}\frac{D+\mathrm{\δ}}{D+d}---\left(11\right)$

$\mathrm{\γ}=2{\sin }^{-1}\frac{\mathrm{Lo}}{D+d}---\left(12\right)$

$\mathrm{\αv}=\frac{2\mathrm{Lv}+2\mathrm{\ΔLv}+2\mathrm{Ls}-\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}-\sqrt{{(D+\mathrm{dc})}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}}{D+\mathrm{\δ}}---\left(13\right)$

$F1+(P+W1)\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})\mathrm{tg\β}+(P+W1)\cos (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})---\left(17\right)$

$F2=\frac{F1}{e^{\mathrm{\μ\αv}}}---\left(18\right)$

F3＝F2    （19）

$F4=(P-W2)\sin (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})\mathrm{tg\β}-(P-W2)\cos (\mathrm{\β}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})---\left(20\right)$

$\frac{F3}{e^{\mathrm{\μ\α}1}}-\frac{F4}{e^{\mathrm{\μ}(\mathrm{\αu}-\mathrm{\α}1)}}=0---\left(21\right)$

$\mathrm{\ΔLu}=\frac{F3\·D}{2\mathrm{\μEw\δ}}(1-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ\α}1}})+\frac{F4\·D}{2\mathrm{\μEw\δ}}(1-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ}(\mathrm{\αu}-\mathrm{\α}1)}})+\frac{F3\sqrt{{(D+\mathrm{dc})}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}}{2\mathrm{Ew\δ}}$

$+\frac{F4(\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}-2\mathrm{Ls})}{2\mathrm{Ew\δ}}---\left(22\right)$

$\mathrm{\ΔLv}=\frac{F2\·D}{2\mathrm{\μEw\δ}}(1-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ\αv}}})+\frac{F2\sqrt{{(D+\mathrm{dc})}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}}{2\mathrm{Ew\δ}}+\frac{F1(\sqrt{{(D+d)}^2-{(D+\mathrm{\δ})}^2}-2\mathrm{Ls})}{2\mathrm{Ew\δ}}---\left(23\right)$

其中，D为被测外圆0直径，Lu为与下定位机构22相连的尺带1的长度，ΔLu为该尺带1受力后的长度变形，F4为该尺带1在下钩爪2211处所受拉力，F3为该尺带1在带钩3处所受拉力，Lv为与上定位机构21相连的尺带1的长度，ΔLv为该尺带1受力后的长度变形，F2为该尺带1在带钩3处所受拉力，F1为该尺带1在上钩爪2111处所受拉力，P为二个拉簧231拉力之和，W1为拉紧与封闭尺寸测量机构23中包括外管233以上部位所有零件的重力和，W2为拉紧与封闭尺寸测量机构23包括内管234以下部位所有零件的重力和，Lo为上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221之间的轴心距（封闭尺寸），Ls为测量状态时，上定位圆柱212的最外表面2121与被上钩爪2111钩住的尺头12的外表面121之间的轴心距，或者，下定位圆柱222的最外表面2221与被下钩爪2211钩住的尺头12的外表面121之间的轴心距（假定它们相等），Luv为二个带钩爪31所钩住的二个尺头12的外表面121之间的轴心距。

根据上述实施例可以显见，相对于背景技术中的尺带，实施例采取了两项主要的措施改进性能：一是引入了二个定位圆柱（上定位圆柱212的最外表面2121和下定位圆柱222的最外表面2221），使得在背景技术中所要测量的二个直角角铁之间的间隙变成了非整圆Π尺中二个平行圆柱之间的轴心距，这样一来，只要这二个圆柱的直径选择得足够大，就可以大大增加可测的这二个圆柱之间的轴心距，从而大大增加单个尺带1所对应的非整圆Π尺的大外径测量范围；二是设置可以多于一个的尺带1现场连接测量大外径，由于不同长度的尺带1的组合效果，可以大大减少测量某一范围被测外径（如1~6m）所需要的尺带1的数量。例如，近似地说，如原需要长度为1m、2m、3m、4m、5m和6m的六个尺带1，组合后只需要1m、2m和3m的三个尺带1，因为4m、5m和6m的尺带1可以由1m、2m和3m的尺带1连接而来。此外，现场精确测量二个平行圆柱之间的轴心距也比测量非等间距的二个直角角铁之间的间隙要容易得多，而实施例采用拉力与封闭尺寸测量机构232直接得出该轴心距则进一步简化了这一操作。最后，与背景技术中的传统Π尺或尺带不同的是，实施例中尺带1所承受的力不需要是恒力，加之上钩爪2111、下钩爪2211和带钩爪31的引入，装置的操作更加简便。

Claims (4)

1.一种用于大外径测量的非整圆Π尺，其特征在于，该非整圆Π尺包含至少一根尺带(1)、一个定位拉紧与封闭尺寸测量装置(2)；

所述尺带(1)包含一个截面为矩形的柔性带子(11)和二个分别连接在带子(11)两端的尺头(12)，尺头(12)的外表面(121)为圆柱形，带子(11)拉直后，带子(11)对应于其矩形截面中心连线的中心线与二个尺头(12)的外表面(121)轴线垂直相交，而且带子(11)对应于其矩形截面长边的表面与二个尺头(12)的外表面(121)轴线平行；

所述定位拉紧与封闭尺寸测量装置(2)包含一个上定位机构(21)、一个下定位机构(22)和至少一个拉紧与封闭尺寸测量机构(23)；上定位机构(21)包含一个上定位圆柱(212)、一个带有钩住尺头(12)的上钩爪(2111)的上钩(211)、一个心轴状的上轴(213)和至少二个为滚动轴承的上轴承(214)，上定位圆柱(212)的最外表面(2121)为圆柱形，其轴线与被上钩爪(2111)钩住的尺头(12)的外表面(121)轴线平行，上定位圆柱(212)内部包含有二个与上定位圆柱(212)的最外表面(2121)同轴的上定位圆柱内孔(2122)，在这二个上定位圆柱内孔(2122)之间开有一个窗口状的上定位圆柱窗口(2123)，上轴承(214)分别安装在二个上定位圆柱内孔(2122)中，上轴(213)安装在上轴承(214)内孔中，而上钩(211)则与上轴(213)连接并通过上定位圆柱窗口(2123)使其上的上钩爪(2111)暴露在上定位圆柱(212)外部；所述下定位机构(22)包含一个下定位圆柱(222)、一个带有钩住尺头(12)的下钩爪(2211)的下钩(221)、一个心轴状的下轴(223)和至少二个为滚动轴承的下轴承(224)，下定位圆柱(222)的最外表面(2221)为圆柱形，其轴线与被下钩爪(2211)钩住的尺头(12)的外表面(121)轴线平行，下定位圆柱(222)内部包含有二个与下定位圆柱(222)的最外表面(2221)同轴的下定位圆柱内孔(2222)，在这二个下定位圆柱内孔(2222)之间开有一个窗口状的下定位圆柱窗口(2223)，下轴承(224)分别安装在二个下定位圆柱内孔(2222)中，下轴(223)安装在下轴承(224)内孔中，而下钩(221)则与下轴(223)连接并通过下定位圆柱窗口(2223)使其上的下钩爪(2211)暴露在下定位圆柱(222)外部；所述拉紧与封闭尺寸测量机构(23)包含一个拉簧(231)、一个确定该拉簧(231)所承受拉力的拉力与封闭尺寸测量机构(232)、一个与上定位机构(21)连接的上拉环(235)以及一个与下定位机构(22)连接的下拉环(236)；所述上定位机构(21)、下定位机构(22)和拉紧与封闭尺寸测量机构(23)之间的相互关系是：拉紧与封闭尺寸测量机构(23)位于上定位机构(21)和下定位机构(22)之间并分别通过其上的上拉环(235)与下拉环(236)将它们连接在一起，上定位圆柱(212)的最外表面(2121)轴线和下定位圆柱(222)的最外表面(2221)轴线之间相互平行；

所述带子(11)和尺头(12)的连接结构为：在尺头(12)上开有一个垂直于尺头(12)外表面(121)轴线的扁孔(122)，该扁孔(122)的横截面具有二个平行的长边，这二个长边对称于尺头(12)的外表面(121)轴线，并且其距离大于带子(11)的厚度，垂直于该扁孔(122)和尺头(12)外表面(121)的轴线设有螺钉孔(123)和对应的沉孔(124)；在带子(11)两端中的每一端、与螺钉孔(123)对应的位置，设有光孔(111)，两端分别插入二个尺头(12)扁孔(122)中的带子(11)和这二个被带子(11)分别插入扁孔(122)中的尺头(12)分别被通过光孔(111)旋入螺钉孔(123)的螺钉(13)固定在一起；

所述上钩(211)暴露在上定位圆柱(212)外部的一端上设有形状为V形的上钩爪表面(21111)的上钩爪(2111)，上钩爪(2111)钩住尺头(12)，尺头(12)的外表面(121)与上钩爪表面(21111)相切，在上钩(211)上位于上钩爪表面(21111)处开有一个开口状的上钩开口(2112)；所述下钩(221)暴露在下定位圆柱(222)外部的一端上设有形状为V形的下钩爪表面(22111)的下钩爪(2211)，下钩爪(2211)钩住尺头(12)，尺头(12)的外表面(121)与下钩爪表面(22111)相切，在下钩(221)上位于下钩爪表面(22111)处开有一个开口状的下钩开口(2212)。

2.如权利要求1所述的用于大外径测量的非整圆Π尺，其特征在于，所述拉紧与封闭尺寸测量机构(23)包含拉簧(231)、外管(233)、内管(234)、上拉环(235)、下拉环(236)、外管接头(237)和内管接头(238)，其中，外管(233)和内管(234)皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆管，上拉环(235)和下拉环(236)皆为一个含有同轴内孔和外圆的圆环，上拉环(235)外圆比上定位圆柱(212)的最外表面(2121)直径小，下拉环(236)外圆比下定位圆柱(222)的最外表面(2221)直径小；拉紧与封闭尺寸测量机构(23)各个部分的连接关系是：外管(233)外圆和内管(234)内孔为轴向相对滑动的间隙配合，上拉环(235)与外管接头(237)连接，外管接头(237)与外管(233)连接，外管接头(237)与拉簧(231)的一端连接，拉簧(231)的另一端与内管接头(238)连接，内管(234)与内管接头(238)连接，内管接头(238)与下拉环(236)连接。

3.如权利要求2所述的用于大外径测量的非整圆Π尺，其特征在于，所述外管(233)上开有一个窗口状的外管窗口(2331)和与其紧邻的、为一个平面的游标刻线表面(2332)，在游标刻线表面(2332)上沿外管(233)内孔轴向刻上游标刻线(2333)，在内管(234)外圆通过外管窗口(2331)暴露出来的部位上沿内管(234)外圆轴向刻有主尺刻线(2341)，游标刻线(2333)和主尺刻线(2341)以及承载它们的外管(233)和内管(234)共同构成一个为游标机构的拉力与封闭尺寸测量机构(232)。

4.如权利要求1所述的用于大外径测量的非整圆Π尺，其特征在于，根据实际测量的需要，当设置两根及以上尺带(1)，此时，需另外设置数量少于所设置尺带(1)数量1的带钩(3)将所设置尺带(1)串联连接；所述带钩(3)设有二个带钩爪(31)，将二个相邻尺带(1)的相邻尺头(12)钩在一起，这二个尺头(12)的外表面(121)轴线相互平行；所述二个带钩爪(31)上各带有一个形状为V形的带钩爪表面(311)，这二个带钩爪表面(311)面对面布置而且相互平行；带钩爪(31)钩住尺头(12)，尺头(12)的外表面(121)与带钩爪(31)上的带钩爪表面(311)相切；在带钩(31)上位于二个带钩爪表面(311)处开有二个开口状的带钩开口(32)。