CN106767625B - 一种外径千分尺校对用量杆校准装置及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外径千分尺校对用量杆校准装置及校准方法。通过计算电缸整体位移以及电缸推杆位移，间接计算校对用量杆的长度，其中电缸整体位移可通过光栅尺测量得到，电缸推杆位移为电缸的输出参数可直接获得。并根据检定规程《JJG21‑2008》在上位机编写程序实现数据处理。本发明的主要特点为通过电缸的整体位移及电缸推杆的位移间接计算外径千分尺校对用量杆的长度。由于可以自行移动电缸至合理测量范围，本装置能校准任意尺寸的千分尺校对用量杆，避免了采用4等量块以比较法检定时量块研合所带来的误差，同时可以在上位机对校准数据进行分析并给出校准报告。
Description
技术领域
本发明涉及千分尺领域，尤其涉及一种外径千分尺校对用量杆校准装置及一种外径千分尺校对用量杆校准方法，该方法和装置主要涉及对外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量进行校准(在规定的条件下，用一个可参考的标准，对包括参考物质在内的测量器具的特性赋值，并确定其尺寸偏差和变动量)。
背景技术
千分尺又称螺旋测微器，是在工业领域中使用最为频繁和广泛的测量工具之一。千分尺以精密测量著称，是测量长度的工具之一，其测量精度可精确到0.01mm(估读一位至0.001mm，故叫千分尺)。千分尺作为一种精密的测量工具，若出现问题，势必会影响测量结果，进而影响后续项目中长度的测量。为了确保千分尺的示值准确可靠，需要按照国家计量检定规程定期对其进行校准。
千分尺的校准项目中涉及对于校对用量杆的校准。实验室、车间在校准、或使用测量下限大于25mm的千分尺时通常利用校对用量杆进行零位调整，通常情况下校对用量杆常常替代了标准量块的作用，如果其精度不能保证将影响千分尺测量结果、千分尺示值误差校准结果，因此在校准千分尺中需要重视校对用量杆的校准。
目前对于外径千分尺校对用量杆的工作尺寸的校准,一般根据规程采用光学计或测长机,用三等量块借助槽规以比较法进行校准。测长机在使用过程中需要考虑量程，测长机适用于量程在500mm以上的长度测量，对于微小长度的测量则改用测长仪，其使用普遍性大大降低。而比较法测量很大程度上依赖于标准量块的尺寸，在校准尺寸较大的量杆时，标准量块的尺寸不足以达到量杆标称尺寸，需要对量块进行研合，这将不可避免的引入误差，同时也对量块造成一定损耗。
综上，外径千分尺校对用量杆在全量程范围内的校准以及校准方法的改进存在空缺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外径千分尺校对用量杆校准装置及一种外径千分尺校对用量杆校准方法，解决背景技术校准方法存在的缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种外径千分尺校对用量杆校准装置，包括实验操作台、光栅尺、滑块、电源模块、电缸电机、推杆、导向轴支座、多个L型轴支座，以及偏心球面测帽、对心球面测帽、平面测帽。
所述实验操作台包括滑槽以及垂直固定在滑槽两端的两块挡板；光栅尺安装在两块挡板之间，且与所述滑槽平行；滑块安装在滑槽内，可沿滑槽方向移动，且与光栅尺的读数头相连；电缸电机和电源模块相连，且均安装在滑块中，推杆一端与电缸电机的输出轴相连，偏心球面测帽、对心球面测帽或平面测帽安装在推杆的另一端；导向轴支座固定安装在其中一个挡板的内侧，L型轴支座固定在滑槽内，待校准的校对用量杆末端安装在导向轴支座上，杆身通过L型轴支座支撑；且待校准的校对用量杆中心轴与推杆中心轴相对。
所述的校准装置，还包括上位机，所述偏心球面测帽、对心球面测帽、平面测帽的测量端均安装有测压传感器，且均嵌入式安装有蓝牙模块；测压传感器通过蓝牙模块与上位机相连。
所述的校准装置的滑块内嵌入式安装有蓝牙模块，电缸电机通过蓝牙模块与上位机相连。
一种基于所发明的外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺平测量面校对用量杆的校准方法，该方法包括以下步骤：
(1)将带测压功能的偏心球面测帽固定在推杆上。
(2)将待校准的用量杆末端安装在导向轴支座上，杆身通过多个L型轴支座支撑；使之中心轴与推杆中心轴相对。移动滑块，使之位于实验操作台相对于导向轴支座的另一端。
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆位于起始位置；测量偏心球面测帽的测量端到相对于导向轴支座的挡板的距离b；
(4)滑动滑块，直至偏心球面测帽球面顶端距离被校准外径千分尺校对用量杆端面3-5cm，通过光栅尺获得滑块的滑动距离X。
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆向前运动，直至与被校准外径千分尺校对用量杆端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆前进距离Y。然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆7缩至起始位置。
(6)上位机计算获得该校准长度下的被校准外径千分尺校对用量杆的实际尺寸L1'＝a-b-X-Y。其中，a为测量实验操作台两侧垂直面的距离。
(7)解除偏心球面测帽与推杆的固定，顺时针旋转偏心球面测帽90°并对其重新固定，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L2'。
(8)进行两次步骤(7)，获得该校准长度下的长度数据L3'，L4'
(9)解除偏心球面测帽与推杆的固定，更换对心球面测帽，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L5'。
(10)计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量。其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5；
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值
一种基于所发明的外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺球测量面校对用量杆的校准方法，该方法包括以下步骤：
(1)将带测压功能的平面测帽固定在推杆上。
(2)将待校准的用量杆末端安装在导向轴支座上，杆身通过多个L型轴支座支撑；使之中心轴与推杆中心轴相对。移动滑块，使之位于实验操作台相对于导向轴支座的另一端。
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆位于起始位置；测量平面测帽的测量端到相对于导向轴支座的挡板的距离b1；
(4)滑动滑块，直至测量平面测帽测量面端面距离被校准外径千分尺校对用量杆端面3-5cm，通过光栅尺11获得滑块6的滑动距离X。
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆向前运动，直至与被校准外径千分尺校对用量杆端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆前进距离Y。然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆缩至起始位置。
(6)上位机计算获得该校准长度下的被校准外径千分尺校对用量杆的实际尺寸L1'＝a-b1-X-Y。其中，a为测量实验操作台两侧垂直面的距离。
(7)重复步骤5～6进行4次测量，获得该校准长度下的长度数据L2'～L5'。
(8)根据测量的被校准外径千分尺校对用量杆的实际长度，计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量。其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5.
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值。
本发明的有益效果在于：
1、通过电缸的整体位移及电缸推杆的位移间接计算外径千分尺校对用量杆的长度。
2、由于可以自行移动电缸至合理测量范围，本装置能校准任意尺寸的千分尺校对用量杆，避免了采用4等量块以比较法检定时量块研合所带来的误差。
3、而电缸以及光栅尺可通过长度标准件进行自校准，故具有良好的量值溯源性。
4、在操作本发明的同时可以在上位机对校准数据进行分析并给出校准报告。
附图说明
图1为实验操作台的结构示意图；
图2为外径千分尺校对用量杆校准装置的原理图；
图3为外径千分尺校对用量杆校准装置在校准平测量面的校对用量杆过程中的尺寸示意图；
图4为外径千分尺校对用量杆校准装置在校准球测量面的校对用量杆过程中的尺寸示意图；
图5为偏心球面测帽的结构图；
图6为对心球面测帽的结构图；
图7为平面测帽的结构图；
其中：实验操作台1、导向轴支座2、被校准外径千分尺校对用量杆3、L型轴支座4、滑块6、推杆7、第二固定件9、标尺光栅10、光栅读数头11、偏心球面测帽13、对心球面测帽14、平面测帽15。
a为测量实验操作台1两侧垂直面的距离，b为测量当上位机驱动推杆缩至电缸内起始位置时，偏心球面测帽13球面顶端与电缸电机尾部的距离。b1为测量当上位机驱动推杆缩至电缸内起始位置时，平面测帽15测量面端面与电缸电机尾部的距离。X为手动移动电缸的距离。Y为推杆向左侧伸出的距离。
具体实施方式
如图1和2所示，一种外径千分尺校对用量杆校准装置，包括实验操作台1、光栅尺11、滑块6、电源模块、推杆7、导向轴支座2、电缸电机、多个L型轴支座4，以及偏心球面测帽13、对心球面测帽14、平面测帽15。
所述实验操作台1包括滑槽101以及垂直固定在滑槽101两端的两块挡板102；光栅尺11安装在两块挡板102之间，且与所述滑槽101平行；滑块6安装在滑槽101内，可沿滑槽方向移动，且与光栅尺11的读数头10相连；电缸电机和电源模块相连，且均安装在滑块6中，推杆7一端与电缸电机的输出轴相连，偏心球面测帽13、对心球面测帽14或平面测帽15安装在推杆7的另一端；导向轴支座2固定安装在其中一个挡板102的内侧，L型轴支座4固定在滑槽102内，待校准的校对用量杆3末端安装在导向轴支座2上，杆身通过L型轴支座4支撑；且待校准的校对用量杆中心轴与推杆7中心轴相对。
其中偏心球面测帽13、对心球面测帽14、平面测帽15均为本领域常用测试工具，如图5-7所示，其中，偏心球面测帽13由圆桶形固定帽，以及固定在圆桶形固定帽端面上的半球体测量端组成，半球体测量端不位于圆桶形固定帽端面的中心。对心球面测帽14由圆桶形固定帽，以及固定在圆桶形固定帽端面上的半球体测量端组成，半球体测量端位于圆桶形固定帽端面的中心；平面测帽15圆桶形由圆桶形固定帽，以及固定在圆桶形固定帽端面上的圆柱形测量端组成，圆柱形测量端位于圆桶形固定帽端面的中心。
所述的校准装置，还包括上位机，所述偏心球面测帽13、对心球面测帽14、平面测帽15的测量端均安装有测压传感器，且均嵌入式安装有蓝牙模块；测压传感器通过蓝牙模块与上位机相连。
所述的校准装置的滑块6内嵌入式安装有蓝牙模块，电缸电机通过蓝牙模块与上位机相连。
基于上述外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺校对用量杆平测量面校准方法，包括以下步骤：
(1)将带测压功能的偏心球面测帽13固定在推杆7上。
(2)将待校准的用量杆3末端安装在导向轴支座2上，杆身通过多个L型轴支座4支撑；使之中心轴与推杆7中心轴相对。移动滑块6，使之位于实验操作台1相对于导向轴支座2的另一端。
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆7位于起始位置；测量偏心球面测帽13的测量端到相对于导向轴支座2的挡板102的距离b；
(4)滑动滑块6，直至偏心球面测帽13球面顶端距离被校准外径千分尺校对用量杆3端面3-5cm，通过光栅尺11获得滑块6的滑动距离X。
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆7向前运动，直至与被校准外径千分尺校对用量杆3端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆7前进距离Y。然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆7缩至起始位置。
(6)上位机计算获得该校准长度下的被校准外径千分尺校对用量杆3的实际尺寸L1'＝a-b-X-Y。其中，a为测量实验操作台1两侧垂直面的距离。
(7)解除偏心球面测帽13与推杆7的固定，顺时针旋转偏心球面测帽1390°并对其重新固定，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L2'。
(8)进行两次步骤7，获得该校准长度下的长度数据L3'，L4'
(9)解除偏心球面测帽13与推杆7的固定，更换对心球面测帽14，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L5'。
(10)计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量。其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5；
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值
基于上述外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺校对用量杆球测量面校准方法，包括以下步骤：
(1)将带测压功能的平面测帽15固定在推杆7上。
(2)将待校准的用量杆3末端安装在导向轴支座2上，杆身通过多个L型轴支座4支撑；使之中心轴与推杆7中心轴相对。移动滑块6，使之位于实验操作台1相对于导向轴支座2的另一端。
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆7位于起始位置；测量平面测帽15的测量端到相对于导向轴支座2的挡板102的距离b1；
(4)滑动滑块6，直至测量平面测帽15测量面端面距离被校准外径千分尺校对用量杆3端面3-5cm，通过光栅尺11获得滑块6的滑动距离X。
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆7向前运动，直至与被校准外径千分尺校对用量杆3端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆7前进距离Y。然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆7缩至起始位置。
(6)上位机计算获得该校准长度下的被校准外径千分尺校对用量杆3的实际尺寸L1'＝a-b1-X-Y。其中，a为测量实验操作台1两侧垂直面的距离。
(7)重复步骤5～6进行4次测量，获得该校准长度下的长度数据L2'～L5'。
(8)根据测量的被校准外径千分尺校对用量杆3的实际长度，计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量。其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5.
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值。
Claims (4)
1.一种基于外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺平测量面校对用量杆的校准方法，其特征在于，所述外径千分尺校对用量杆校准装置包括实验操作台(1)、光栅尺(11)、滑块(6)、电源模块、电缸电机、推杆(7)、导向轴支座(2)、多个L型轴支座(4)，以及偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)、平面测帽(15)；
所述实验操作台(1)包括滑槽(101)以及垂直固定在滑槽(101)两端的两块挡板(102)；光栅尺(11)安装在两块挡板(102)之间，且与所述滑槽(101)平行；滑块(6)安装在滑槽(101)内，可沿滑槽方向移动，且与光栅尺(11)的读数头(10)相连；电缸电机和电源模块相连，且均安装在滑块(6)内，推杆(7)一端与电缸电机的输出轴相连，偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)或平面测帽(15)安装在推杆(7)的另一端；导向轴支座(2)固定安装在其中一个挡板(102)的内侧，L型轴支座(4)固定在滑槽(101)内，待校准的校对用量杆(3)末端安装在导向轴支座(2)上，杆身通过L型轴支座(4)支撑；且待校准的校对用量杆(3)中心轴与推杆(7)中心轴相对；所述偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)、平面测帽(15)的测量端均安装有测压传感器，且均嵌入式安装有蓝牙模块；测压传感器通过蓝牙模块与上位机相连；
该方法包括以下步骤：
(1)将带测压功能的偏心球面测帽(13)固定在推杆(7)上；
(2)将待校准的校对 用量杆( 3) 末端安装在导向轴支座(2)上，杆身通过多个L型轴支座(4)支撑；使之中心轴与推杆(7)中心轴相对；移动滑块(6)，使之位于实验操作台(1)相对于导向轴支座(2)的另一端；
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆(7)位于起始位置；测量偏心球面测帽(13)的测量端到相对于导向轴支座(2)的挡板(102)的距离b；
(4)滑动滑块(6)，直至偏心球面测帽(13)球面顶端距离校对用量杆(3) 端面3-5cm，通过光栅尺(11)获得滑块(6)的滑动距离X；
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆(7)向前运动，直至与校对用量杆(3)端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆(7)前进距离Y；然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆(7)缩至起始位置；
(6)上位机计算获得该校准长度下的校对用量杆(3)的实际尺寸L1'＝a-b-X-Y；其中，a为测量实验操作台(1)两侧垂直面的距离；
(7)解除偏心球面测帽(13)与推杆(7)的固定，顺时针旋转偏心球面测帽(13)90°并对其重新固定，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L2'；
(8)进行两次步骤(7)，获得该校准长度下的长度数据L3'，L4'
(9)解除偏心球面测帽(13)与推杆(7)的固定，更换对心球面测帽(14)，按照步骤5～6进行测量，获得该校准长度下的长度数据L5'；
(10)计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量；其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5；
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，滑块(6)内嵌入式安装有蓝牙模块，电缸电机通过蓝牙模块与上位机相连。
3.一种基于外径千分尺校对用量杆校准装置的外径千分尺球测量面校对用量杆的校准方法，其特征在于，所述外径千分尺校对用量杆校准装置包括实验操作台(1)、光栅尺(11)、滑块(6)、电源模块、电缸电机、推杆(7)、导向轴支座(2)、多个L型轴支座(4)，以及偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)、平面测帽(15)和测压传感器；
所述实验操作台(1)包括滑槽(101)以及垂直固定在滑槽(101)两端的两块挡板(102)；光栅尺(11)安装在两块挡板(102)之间，且与所述滑槽(101)平行；滑块(6)安装在滑槽(101)内，可沿滑槽方向移动，且与光栅尺(11) 的读数头(10)相连；电缸电机和电源模块相连，且均安装在滑块(6)内，推杆(7)一端与电缸电机的输出轴相连，偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)或平面测帽(15)安装在推杆(7)的另一端；导向轴支座(2)固定安装在其中一个挡板(102)的内侧，L型轴支座(4)固定在滑槽(101)内，待校准的校对用量杆(3)末端安装在导向轴支座(2)上，杆身通过L型轴支座(4)支撑；且待校准的校对用量杆(3)中心轴与推杆(7)中心轴相对；所述偏心球面测帽(13)、对心球面测帽(14)、平面测帽(15)的测量端均安装有测压传感器，且均嵌入式安装有蓝牙模块；测压传感器通过蓝牙模块与上位机相连；
该方法包括以下步骤：
(1)将带测压功能的平面测帽(15)固定在推杆(7)上；
(2)将待校准的校对 用量杆( 3) 末端安装在导向轴支座(2)上，杆身通过多个L型轴支座(4)支撑；使之中心轴与推杆(7)中心轴相对；移动滑块6，使之位于实验操作台(1)相对于导向轴支座(2)的另一端；
(3)通过上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆(7)位于起始位置；测量平面测帽(15)的测量端到相对于导向轴支座(2)的挡板(102)的距离b1；
(4)滑动滑块(6)，直至测量平面测帽(15)测量面端面距离校对用量杆(3)端面3-5cm，通过光栅尺(11)获得滑块(6)的滑动距离X；
(5)上位机驱动电缸电机，使得推杆(7)向前运动，直至与校对用量杆(3)端面接触；上位机接收到测压传感器的压力信号，此时停止驱动电缸电机，并获得电缸电机的输出轴的转动角度，从而计算推杆(7)前进距离Y；然后上位机驱动电缸电机，使其输出轴反向转动直至推杆(7)缩至起始位置；
(6)上位机计算获得该校准长度下的校对用量杆(3)的实际尺寸L1'＝a-b1-X-Y；其中，a为测量实验操作台(1)两侧垂直面的距离；
(7)重复步骤5～6进行4次测量，获得该校准长度下的长度数据L2'～L5'；
(8)根据测量的校对用量杆(3)的实际长度，计算外径千分尺校对用量杆的尺寸偏差和变动量；其中
标称长度L下的尺寸偏差为Ei＝Li'-L，其中i＝1～5；
标称长度L下的变动量q＝Lmax'-Lmin'，其中Lmax'为L1'～L5'中的最大值，Lmin'为L1'～L5'中的最小值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，滑块(6)内嵌入式安装有蓝牙模块，电缸电机通过蓝牙模块与上位机相连。
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