CN108413828A - 一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺及其测量方法，解决现有游标卡尺测量钢管外径极值及椭圆度时，工作强度较大、测量值准确性差、重复性差的问题。该游标卡尺包括尺身、固定测量爪、伸缩机构、测量动尺和定位动尺；固定测量爪固定设置在尺身上，尺身上设置有定栅和定位刻度线；测量动尺包括活动测量爪、数显组件和锁紧螺钉，活动测量爪安装在尺身上，活动测量爪内侧设置有动栅传感器；数显组件固定设置在活动测量爪上，且设有数据处理芯片和显示屏，锁紧螺钉设置在活动测量爪上；定位动尺包括活动定位爪和锁紧螺钉，活动定位爪安装在尺身上；活动定位爪上设置有读数基准线；活动测量爪和活动定位爪通过伸缩机构连接。

Description

一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺及其测量方法

技术领域

本发明涉及钢管等圆柱体外径测量领域，具体涉及一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺及其测量方法。

背景技术

钢管是石油天然气开采和输送过程中必不可少的装备。钢管外径极值(包括最大值和最小值)以及椭圆度是衡量钢管精度的重要参数，尤其为管端外径极值和椭圆度，是影响后续加工精度和现场施工的重要因素。

目前在钢管生产检验、现场验收等过程中，钢管外径极值和椭圆度的测量主要为人工采用游标卡尺的测量方式，具体操作为：在钢管某一截面上选取几个相位或者连续测量外径，在测量过程中时刻观察卡尺示值，记录测得的最大值和最小值，并计算其椭圆度，但是此种测量方式存在以下缺点：

1.测量过程中需要一直用力推动卡尺的活动测量爪，使卡尺的两个测量爪均与钢管外壁保持良好接触，工作强度较大，尤其是连续测量大管径钢管时；

2.采用选取几个相位位置测量方案时，难以保证所选取的测量位置包括外径最大和最小位置；

3.采用连续测量方案时，需要将卡尺在同一截面上绕待测钢管的轴线旋转，在此过程中难以保证两个测量爪始终与钢管外壁保持良好接触，并且在连续测量过程中读取数据，捕捉最大值和最小值的难度大，准确性差；

4.测量结果受测量人员影响较大，不同测量人员所测量的极值和椭圆度有可能存在一定程度的差异；

以上缺点导致所测得极值和椭圆度的可靠性和重复性较差，直接影响钢管外径的检验和质量控制，也经常导致不同检验机构或检验人同对钢管外径极值和椭圆度的检验结果存在争议。

发明内容

为了解决现有游标卡尺测量钢管外径极值及椭圆度时，工作强度较大、测量值准确性差、重复性差的问题，本发明提供一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺及其测量方法，该游标卡尺不仅能够准确、方便、快速测量管外径极值，并自动计算外径椭圆度和平均值，且还能通过显示屏直接读取外径的最大值、最小值以及椭圆度和平均值。

本发明解决上述问题的技术方案是，

一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，包括尺身、固定测量爪、伸缩机构、测量动尺和定位动尺；所述固定测量爪固定设置在尺身上；所述尺身上设置有定栅和定位刻度线；所述测量动尺包括活动测量爪、数显组件和锁紧螺钉，所述活动测量爪安装在尺身上，并能沿尺身滑动，所述活动测量爪内侧设置有动栅传感器，所述动栅传感器与数显组件连接，动栅传感器与定栅组成位移检测组件；所述数显组件固定设置在活动测量爪上，且设有数据处理芯片和显示屏，所述锁紧螺钉设置在活动测量爪上，用于对活动测量爪锁紧；所述定位动尺包括活动定位爪和锁紧螺钉，所述活动定位爪安装在尺身上，并能沿尺身滑动；所述活动定位爪上设置有读数基准线，所述锁紧螺钉设置在活动定位爪上，用于对活动定位爪锁紧；所述活动测量爪和活动定位爪通过多个伸缩机构连接。

进一步地，所述伸缩机构包括伸缩杆、弹簧、套筒；所述套筒与活动定位爪固定连接，弹簧安装在套筒内，所述伸缩杆的一端与活动测量爪固定连接，另一端设置在套筒内并压缩弹簧。

进一步地，所述数显组件的表面上设置有与数据处理芯片相连接的操作按键，所述操作按键包括开关按键、公英制切换按键、归零按键、最小值按键、最大值按键、椭圆度按键、平均值按键、测量启动按键和/或测量停止按键。

进一步地，所述数显组件下端设有电池座，所述电池座内安装有电池。

进一步地，所述活动测量爪和固定测量爪的测量端为锥形。

进一步地，所述活动测量爪和固定测量爪的测量端设有缺口。

进一步地，所述定栅和定位刻度线均刻蚀在尺身上。

同时，本发明还提供一种基于上述智能游标卡尺的测量方法，包括以下步骤：

1)移动定位动尺并通过伸缩机构带动测量动尺在尺身上滑动，使定位动尺的读数基准线与被测钢管公称外径或估测外径值一致的定位刻度线对齐，通过锁紧螺钉固定定位动尺；

2)将测量动尺向定位动尺方向移动，使固定测量爪和活动测量爪之间的距离大于被测钢管外径，并拧紧锁紧螺钉以固定测量动尺；

3)移动游标卡尺，使被测钢管在固定测量爪和活动测量爪之间，松开锁紧螺钉，使活动测量爪在伸缩机构的作用下带动测量动尺滑动，并使固定测量爪和活动测量爪卡紧被测钢管外表面；

4)转动尺身，使游标卡尺绕被测钢管的轴线匀速旋转至少180度，显示屏上显示实时测量数据，同时，数据处理芯片根据测量数据，实时更新记录的最大值和最小值；

5)游标卡尺绕被测钢管的轴线旋转超过180度后，游标卡尺停止测量，将测量动尺向定位动尺方向移动，并取下卡尺，测量完成。

进一步地，步骤1)之前还包括设置测量零位步骤：具体为松开锁紧螺钉，推动定位动尺并带动测量动尺移动，使活动测量爪与固定测量爪良好接触，按下归零按键，设置测量零位完成。

本发明的有益效果为：

1.本发明智能游标卡尺能够在不持续施加外力作用的情况下，连续测量钢管同一截面不同相位处的外径，并使固定测量爪和活动测量爪在测量过程中始终与钢管外表面保持良好接触，既提高测量准确度和可靠性，又降低工作强度，提高测量效率。

2.本发明智能游标卡尺的活动定位爪，通过多个均匀分布的伸缩机构对活动测量爪起到有效支撑作用，既能保证固定测量爪和活动测量爪在测量过程中始终与钢管外表面良好接触，又使测量动尺不受额外力的影响，不仅提高了测量的准确性，也有效减少了测量动尺和尺身结合面的磨损，延长使用寿命。

3.本发明智能游标卡尺在测量过程中，能够显示实时测量数据，并记录不断更新的最小值和最大值。

4.本发明智能游标卡尺测量结束后，通过操作按键，能够方便地直接读取本次测量的最小值、最大值、椭圆度和平均值。

5.本发明智能游标卡尺不仅能够快速、准确测量和记录钢管同一截面上最大值、最小值和椭圆度，而且使用方便，测量效率高。

附图说明

图1为本发明智能游标卡尺结构图；

图2为本发明智能游标卡尺的数显组件放大图。

图3为本发明智能游标卡尺的动栅传感器示意图。

附图标记：1-固定测量爪，2-尺身，3-被测钢管，4-定栅，5-定位刻度线，6-活动测量爪，7-数显组件，8-锁紧螺钉，9-伸缩杆，10-测量动尺，11-套筒，12-弹簧，13-锁紧螺钉，14-读数基准线，15-定位动尺，16-活动定位爪，17-伸缩机构，18-最小值按键，19-最大值按键，20-椭圆度按键，21-平均值按键，22-测量启动按键，23-测量停止按键，24-归零按键，25-公英制切换按键，26-开关按键，27-显示屏，28-动栅传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：

如图1所示的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，包括尺身2、固定测量爪1、伸缩机构17、测量动尺10和定位动尺15；固定测量爪1固定设置在尺身2上；尺身2上设置有定栅4和定位刻度线5；测量动尺10包括活动测量爪6、数显组件7、锁紧螺钉8，活动测量爪6安装在尺身2上，并能沿尺身2滑动，且设置有动栅传感器28，动栅传感器28与数显组件7连接；数显组件7固定设置在活动测量爪6上，且设有数据处理芯片实时显示测量值，锁紧螺钉8设置在活动测量爪6上，用于对活动测量爪6锁紧；定位动尺15包括活动定位爪16和锁紧螺钉13，活动定位爪16安装在尺身2上，并能沿尺身2滑动；活动定位爪16上设置有读数基准线14，锁紧螺钉13设置在活动定位爪16上，用于对活动定位爪16锁紧；活动测量爪6和活动定位爪16通过多个均匀布置的伸缩机构17连接，测量动尺10和活动测量爪6可在外力或伸缩机构内弹簧12的作用下，相对于定位动尺15在一定范围内滑动，可滑动距离大于被测钢管3的椭圆度。

活动测量爪6和固定测量爪1的测量端设有缺口，使夹持钢管的一侧厚度小于活动测量爪6和固定测量爪1其他部分的厚度，使活动测量爪6和固定测量爪1对钢管的夹持更为精准，测量结果更为准确，定栅4和定位刻度线5均刻蚀在尺身2上。

每个伸缩机构17包括伸缩杆9、弹簧12和套筒11，套筒11与活动定位爪16固定连接，弹簧12安装在套筒11内并且处于压缩状态，伸缩杆9的一端与活动测量爪6固定连接，另一端设置在套筒11内并压缩弹簧12。测量动尺10以及与其固定的活动测量爪6可在外力或伸缩机构17内弹簧12的作用下，相对于定位动尺15在一定范围内滑动，可滑动距离大于被测钢管3的椭圆度。由于伸缩机构17的作用，在连续测量过程中，固定测量爪1和活动测量爪6始终卡紧钢管外表面，随着不同测量位置处外径大小的变化，活动测量爪6带动测量动尺10左右滑动。活动定位爪16通过多个均匀分布的伸缩机构17对活动测量爪6起到有效支撑作用，既能保证固定测量爪1和活动测量爪6在测量过程中始终与钢管外表面良好接触，又使测量动尺10不受额外作用力的影响，从而保证了测量的准确性。

如图3所示，测量动尺10内部安装有动栅传感器28，动栅传感器28与定栅4组成位移检测组件，当测量动尺10相对于定栅4滑动时，所述动栅传感器28收集测量动尺10移动的信号并传递到数据处理芯片，进行显示和记录等数据处理。

如图2所示，数显组件7固定在活动测量爪6上，通过尺身上定位刻度线5和定位动尺上读数基准线14可读取定位动尺15的位置，该数值即是定位动尺15固定在该位置时，固定测量爪1与活动测量爪6之间距离的中值，即测量范围的中值。

在数显组件7内设有数据处理芯片，该芯片可以将测量数据实时显示在与其相连接的显示屏27上，并在测量过程中自动记录最大值和最小值，计算椭圆度和平均值。数显组件7的表面固定有与数据处理芯片相连接的操作按键，操作按键包括：开关按键26、公英制切换按键25、归零按键24、最小值按键18、最大值按键19、椭圆度按键20、平均值按键21、测量启动按键22和/或测量停止按键23，数显组件7下端设有电池座，电池座内安装有电池。各操作按键功能如下：

最小值按键18：测量结束后，按此键，显示屏27上将显示本次测量的最小值，显示屏27左上角显示“MIN”提示字样；

最大值按键19：测量结束后，按此键，显示屏27上将显示本次测量的最大值，显示屏27左上角显示“MAX”提示字样；

椭圆度按键20：测量结束后，按此键，显示屏27上将显示本次测量的椭圆度值，椭圆度值＝最大值-最小值，显示屏27左上角显示“OVA”提示字样；

平均值按键21：测量结束后，按此键，显示屏27上将显示本次测量的平均值，平均值＝(最大值+最小值)/2，显示屏27左上角显示“AVE”提示字样；

测量启动按键22：按此键，卡尺开始测量并自动记录、处理测量数据，同时在显示屏27上实时显示测量数据，显示屏27中上方闪烁显示“测量中”提示字样；

测量停止按键23：按此键，卡尺停止测量，本次测量结束，显示屏27上显示最后测得数据；同时显示屏27中上方显示“测量停止”提示字样；

归零按键24：设置测量零位。按此键，测量数据清零，同时将该位置设置为零位，显示屏27上显示数据0；

公英制切换按键25：切换测量单位，按此键，测量单位将在公制和英制之间切换；

开关按键26：打开或关闭数字测量系统及数显组件7。

测量时，先移动定位动尺15并通过伸缩机构17带动测量动尺10在尺身2上滑动，使定位动尺15上读数基准线14与被测钢管3公称外径或估测外径值一致的定位刻度线5对齐，通过锁紧螺钉13固定定位动尺15。将测量动尺10向定位动尺15方向移动，使固定测量爪1和活动测量爪6之间的距离大于被测钢管3外径，并拧紧锁紧螺钉8，以固定测量动尺10。此时，定位动尺15固定，伸缩机构17受压缩短；移动卡尺，使被测钢管3在固定测量爪1和活动测量爪6之间，然后松开锁紧螺钉8，使活动测量爪6在伸缩机构17的作用下带动测量动尺10滑动，并使固定测量爪1和活动测量爪6卡紧被测钢管3外表面；然后转动尺身2，使卡尺绕被测钢管3的轴线旋转，由于伸缩机构17的作用，卡尺在旋转过程中，固定测量爪1和活动测量爪6始终卡紧钢管外表面，随着不同测量位置处外径大小的变化，活动测量爪6带动测量动尺10在尺身2上左右滑动。

同时，本发明还提供一种基于上述智能游标卡尺的测量方法，包括以下步骤：

1.先设置测量零位；测量人员先通过开关按键26，打开测量系统和数显组件，松开锁紧螺钉8和锁紧螺钉13，推动定位动尺15并带动测量动尺10移动，使活动测量爪6与固定测量爪1良好接触(根据测量需要也可以将其他位置设置为零位，例如测量相对距离时)，然后按下归零按键24，设置测量零位完成；

2.移动定位动尺15并通过伸缩机构17带动测量动尺10在尺身2上滑动，使定位动尺15上读数基准线14与被测钢管3公称外径或估测外径值一致的定位刻度线5对齐，通过锁紧螺钉13固定定位动尺15，定位动尺15仅起定位和辅助支撑测量动尺10的作用，其位置误差不影响实际测量数据和精度；

3.将测量动尺10向定位动尺15方向移动，使固定测量爪1和活动测量爪6之间的距离大于被测钢管3外径，并拧紧锁紧螺钉8，以固定测量动尺10；此时，定位动尺15固定，伸缩机构17受压缩短；

4.移动游标卡尺，使被测钢管3在固定测量爪1和活动测量爪6之间；然后松开锁紧螺钉8，使活动测量爪6在伸缩机构17的作用下带动测量动尺10滑动，并使固定测量爪1和活动测量爪6卡紧被测钢管3外表面；

5.按测量启动按键2，开始测量并自动记录、处理测量数据，同时在显示屏27上显示实时测量数据，显示屏27中上方闪烁显示“测量中”提示字样；

6.转动尺身2，使游标卡尺绕被测钢管3的轴线匀速旋转至少180度，在旋转过程中，在伸缩机构17的作用下，固定测量爪1和活动测量爪6始终卡紧钢管外表面，随着不同测量位置处外径大小的变化，活动测量爪6带动测量动尺10左右滑动，显示屏27上显示实时测量数据，同时，数据处理芯片根据测量数据，实时更新所记录的最大值和最小值；

7.游标卡尺绕被测钢管3的轴线旋转超过180度后，按测量停止按键23：卡尺停止测量，本次测量结束，将测量动尺10向定位动尺15方向移动，并取下卡尺；

8.读取本次测量数据；根据需要，分别按下最小值按键18、最大值按键19、椭圆度按键20、平均值按键21，显示屏27上分别显示相应的数据；本次测量结束。

Claims (8)

1.一种测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：包括尺身(2)、固定测量爪(1)、伸缩机构(17)、测量动尺(10)和定位动尺(15)；

所述固定测量爪(1)固定设置在尺身(2)上；所述尺身(2)上设置有定栅(4)和定位刻度线(5)；

所述测量动尺(10)包括活动测量爪(6)、数显组件(7)和锁紧螺钉(8)，所述活动测量爪(6)安装在尺身(2)上，并能沿尺身(2)滑动，所述活动测量爪(6)内侧设置有动栅传感器(28)，所述动栅传感器(28)与数显组件(7)连接，动栅传感器(28)与定栅(4)组成位移检测组件；所述数显组件(7)固定设置在活动测量爪(6)上，且设有数据处理芯片和显示屏(27)，所述锁紧螺钉(8)设置在活动测量爪(6)上，用于对活动测量爪(6)锁紧；

所述定位动尺(15)包括活动定位爪(16)和锁紧螺钉(13)，所述活动定位爪(16)安装在尺身(2)上，并能沿尺身(2)滑动；所述活动定位爪(16)上设置有读数基准线(14)，所述锁紧螺钉(13)设置在活动定位爪(16)上，用于对活动定位爪(16)锁紧；

所述活动测量爪(6)和活动定位爪(16)通过多个伸缩机构(17)连接。

2.根据权利要求1所述的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：所述伸缩机构(17)包括伸缩杆(9)、弹簧(12)和套筒(11)；所述套筒(11)与活动定位爪(16)固定连接，弹簧(12)安装在套筒(11)内，所述伸缩杆(9)的一端与活动测量爪(6)固定连接，另一端设置在套筒(11)内并压缩弹簧(12)。

3.根据权利要求2所述的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：所述数显组件(7)表面设置有与数据处理芯片相连接的操作按键，所述操作按键包括开关按键(26)、公英制切换按键(25)、归零按键(24)、最小值按键(18)、最大值按键(19)、椭圆度按键(20)、平均值按键(21)、测量启动按键(22)和测量停止按键(23)。

4.根据权利要求1或2或3所述的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：所述数显组件(7)下端设有电池座，所述电池座内安装有电池。

5.根据权利要求4所述的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：所述活动测量爪(6)和固定测量爪(1)的测量端设有缺口。

6.根据权利要求5所述的测量外径极值及椭圆度的智能游标卡尺，其特征在于：所述定栅(4)和定位刻度线(5)均刻蚀在尺身(2)上。

7.基于权利要求1至6任一所述的智能游标卡尺的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)移动定位动尺并通过伸缩机构带动测量动尺在尺身上滑动，使定位动尺的读数基准线与被测钢管公称外径或估测外径值一致的定位刻度线对齐，通过锁紧螺钉固定定位动尺；

2)将测量动尺向定位动尺方向移动，使固定测量爪和活动测量爪之间的距离大于被测钢管外径，并拧紧锁紧螺钉以固定测量动尺；

3)移动游标卡尺，使被测钢管在固定测量爪和活动测量爪之间，松开锁紧螺钉，使活动测量爪在伸缩机构的作用下带动测量动尺滑动，并使固定测量爪和活动测量爪卡紧被测钢管外表面；

4)转动尺身，使游标卡尺绕被测钢管的轴线匀速旋转至少180度，显示屏上显示实时测量数据，同时，数据处理芯片根据测量数据，实时更新记录的最大值和最小值；

5)游标卡尺绕被测钢管的轴线旋转超过180度后，游标卡尺停止测量，将测量动尺向定位动尺方向移动，并取下游标卡尺，测量完成。

8.根据权利要求7所述的智能游标卡尺的测量方法，其特征在于：步骤1)之前还包括设置测量零位步骤：具体为松开锁紧螺钉，推动定位动尺并带动测量动尺移动，使活动测量爪与固定测量爪接触，按下归零按键，设置测量零位完成。