CN205825894U - 一种内径测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种内径测量装置，突破了传统内径测量装置设计模式的局限，大大扩展了内径测量范围。通过对固定测量臂和旋转测量臂的结构设计，解决了复杂结构的内径尺寸精确测量难题；通过对电容式角度传感器的结构设计及被测对象的关联转换，建立了电容式角度传感器所给出的线性变化量与被测工件内径之间的非线性数学关系，有效地解决了传感器的180°大旋转角度与高测量精度的矛盾，测量精度达到0.01mm，测量范围为14mm～300mm。通过对电容角度传感器电极引线方式设计，大幅度提高了传感器的可靠性和使用寿命。装置结构紧凑，为各行业提供了便利实用的高精度、宽量程内径测量工具。

Description

一种内径测量装置

技术领域

本发明涉及一种内径测量装置，尤其是一种基于电容角度传感器的高精度宽量程内径测量装置。

背景技术

内径测量装置是机械行业常用的一种测量工具，一般分为机械式内径千分尺和电子内卡规两种，测量精度一般为0.01mm，测量范围(最大与最小量程之差)不超过50mm。现有内径测量工具共同的缺点是价格昂贵、使用极不方便、测量量程极其有限，对较复杂结构的内径测量也无能为力。随着质量体系在工业部门的不断建立和推行，市场对方便、快捷的高精度宽量程内径测量装置的需求愿望与日俱增。

高精度宽量程内径测量装置研制面临的难题：一是如何使测量头能进入狭小的零件内部进行测量，同时还要保证装置的机械结构对测量精度无负面影响；二是如何解决大旋转角度(178°)传感器的高精度(小于5″)的矛盾；三是如何消除分布电容和杂散电容对角度测量产生的负面影响。

首先，本实用新型对测量臂的结构进行设计，考虑到内径测量装置能进行较复杂结构的内径测量，测量臂采用长臂加弯型过渡段加小尺寸测量头一体化的结构设计，由于不同尺寸内径测量时，接触点对应测量头不同的位置，会严重影响测量精度，或影响测量头的使用寿命，或者划伤被测零件，故将测量头设计为扁平的半圆形或半球冠，就能避免以上问题的出现，考虑到测量头尺寸较小(直径)，而且扁平的半圆形加工难度低，加工精度要求容易实现，故被采用，同时，固定测量臂与旋转测量臂之间的旋转摩擦过大或过小或不均匀也会对内径测量造成一定影响，在旋转测量臂的上下面加旋转阻尼垫片，有效地解决了这一难题。

其次，为了解决大旋转角度(178°)传感器的高精度(小于5″)的矛盾，在不提高电容测量的分辨率的前提下，通过多组电容并联方式，增大电容的变化范围，来实现宽量程的精确测量。

分布电容和杂散电容是电容式角度传感器给角度测量所带来的负面影响， 要降低或消除其影响，一方面要将电容尽可能做大，要挑选均匀性和一致性较好的电容器片，另一方面，电容器片不能太薄，否则，旋转角与电容的线性度会受到较大影响，再者，电极引线应尽可能短小。所以采用4片0.8mm单面半圆形敷铜板组成多组并联式平板可变电容器。

发明内容

本发明的目的是建立一种高精度宽量程内径测量装置。

本发明的技术方案为：

一种内径测量装置，包括固定组件、旋转组件、安装盒、角度传感器、信号处理单元和显示单元；角度传感器设置在安装盒内；信号处理单元位于安装盒内；显示单元位于安装盒表面；所述的旋转组件和固定组件设置有测量头；

其特别之处在于：上述角度传感器为电容传感器；

上述电容传感器包括中心轴、绝缘底板以及设置在绝缘底板之上的至少一组电容极板，所述电容极板包括固定极板和旋转极板；所述中心轴与所有的旋转极板及绝缘底板固连；所有的固定极板与盒体固连；

上述固定组件包括固定片以及与固定片固连的固定臂；所述旋转组件包括旋转片以及与旋转片固连的旋转臂；固定片和旋转片设置在安装盒内；所述固定片与盒体活动连接且位于旋转片下方；

上述安装盒侧面设置有开口角度不小于180度的开口；所述旋转臂和固定臂伸出所述开口，所述固定臂设置在开口的一端，所述旋转臂可在开口内自由转动；

上述旋转片上表面和绝缘底板下表面之间设置有销钉结构。

还包括阻尼单元，上述阻尼单元包括调节螺钉以及设置在安装盒内的压板、压板轴、上阻尼片和下阻尼片；

上述压板轴从上至下依次穿过上阻尼片、旋转片、下阻尼片和固定片；所述压板轴的上端与压板固连，所述调节螺钉穿过安装盒底板后与压板轴螺纹连接。

压板轴和安装盒底板销接。

还包括水平仪，上述水平仪设置在安装盒表面。

上述电容传感器的固定极板和旋转极板为单面半圆形敷铜板。

上述电容传感器为两组，所述两组电容传感器为差动式连接。

上述固定片与盒体通过螺钉连接。

本发明的有益效果：

1、解决了大旋转角度(大于150°)传感器的高精度(小于5″)的矛盾。在不提高电容测量的分辨率的前提下，通过多组电容并联方式，增大电容的变化范围，提高了传感器的抗干扰能力，实现了宽量程的精确测量。

2、在旋转测量臂的上下面加旋转阻尼垫片，使固定测量臂与旋转测量臂之间的旋转摩擦不会对内径测量造成影响。

3、降低或消除了分布电容和杂散电容对电容式角度传感器给角度测量所带来的负面影响，一方面通过将电容尽可能做大，挑选均匀性和一致性较好的电容器片，另一方面，选择合适厚度的电容器片，采用4片0.8mm单面半圆形敷铜板组成多组并联式平板可变电容器，并将电极引线应尽可能短小等措施，使旋转角与电容有较好地线性度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为高精度宽量程内径测量装置原理示意图；

图3为安装盒侧视图；

图4为电容传感器的电容极板示意图；

图5为旋转极板示意图；

图6为固定极板示意图；

图中附图标记为：1－旋转片，2-旋转臂，3-固定片，4-固定臂，6-安装盒体，7-安装盒盖，9-中心轴，10-绝缘底板，11-开口，12-固定极板，13-旋转极板，14-压板，15-压板轴，16-测量头。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。

本实用新型是基于电容式角度传感器型高精度宽量程内径测量装置，其原理结构如图1所示。内径测量装置设计采用固定旋转半径，精确测量旋转角度，再通过计算机技术将角度和旋转半径换算成内径的结构方式，在保证测量精度的前提下，实现宽量程的内径测量。

该装置包括固定片3、固定臂4、旋转片1、旋转臂2、安装盒及设置在安装盒内的角度传感器，该角度传感器为电容传感器，安装盒包括安装盒体6和安装盒盖7，二者通过螺纹相互连接；固定片3和旋转片1设置在安装盒内；固定片3与安装盒通过螺钉连接且该固定片3位于旋转片1下方；在固定片3和旋转片1之间设置有阻尼片，具体的通过压板轴从上至下依次穿过上阻尼片、旋转片1、下阻尼片和固定片3，压板轴15的上端与压板14固连，压板轴15和安装盒底销接。安装盒的侧面具有开口角度不小于180度的开口11；固定臂4和旋转臂2伸出该开口11，固定臂4设置在开口11的一端，旋转臂2可在该开口11内自由转动；固定臂4和固定片3固定连接，旋转片1和旋转臂2固定连接，固定臂4和旋转臂2采用长臂加弯型过渡段加小尺寸测量头一体化的结构设计，测量头16设计为扁平的半圆形或半球冠。

电容传感器包括中心轴9、绝缘底板10以及设置在绝缘底板10之上的两组电容极板，电容极板包括交错放置的固定极板12和旋转极板13；该固定极板12和旋转极板13为0.8mm单面半圆形敷铜板；中心轴9与所有的旋转极板13及绝缘底板10固连；所有的固定极板12与安装盒固连；旋转极板的中心螺纹孔连接阳极电极引线，所有的固定极板12通过阴极连接导线连接，阴极电极引线焊接在上层固定极板的接线小孔内；阳极电极引线的头部设计为球冠，采用弹性较好的铍青铜片进行压接，使得阳极电连接更为可靠；旋转片1的上表面和绝缘底板10的下表面之间设置有销钉结构。为了更进一步的确保测量精度，在安装盒表面设置有水平仪。

装置的测量臂采用长臂加弯型过渡段加小尺寸测量头一体化的结构设计，将多组并联式平板可变电容器固定在旋转测量臂上，电容器的旋转极板随旋转臂作同步旋转，信号处理单元输出旋转角的角度信息，通过软件将旋转半径和角度信息转换成内径值的数字信号，再传送到显示单元即数码液晶显示屏显示，即为测量值。

该实用新型的长度为185mm中等长度高精度宽量程内径测量装置，其测量精度达到0.01mm，测量范围为14mm～300mm，还可以设计小尺寸(最小测量内径15mm以下)和大尺寸(最大测量内径300mm以上)高精度宽量程内径测量装置。

系统工作原理：

内径测量装置设计采用固定旋转半径，通过自制的电容式大旋转角传感器，将角度信号传送至电容数字转换芯片Pcap01，得到高精度旋转角度，再通过软件将旋转半径和角度信息转换成内径值的数字信号，再传送到数码液晶显示屏显示，在保证测量精度的前提下，实现了宽量程的内径测量。

Claims (7)

1.一种内径测量装置，包括固定组件、旋转组件、安装盒、角度传感器、信号处理单元和显示单元；角度传感器设置在安装盒内；信号处理单元位于安装盒内；显示单元位于安装盒表面；所述的旋转组件和固定组件设置有测量头；

其特征在于：所述角度传感器为电容传感器；

所述电容传感器包括中心轴、绝缘底板以及设置在绝缘底板之上的至少一组电容极板，所述电容极板包括固定极板和旋转极板；所述中心轴与所有的旋转极板及绝缘底板固连；所有的固定极板与安装盒固连；

所述固定组件包括固定片以及与固定片固连的固定臂；所述旋转组件包括旋转片以及与旋转片固连的旋转臂；固定片和旋转片设置在安装盒内；所述固定片与盒体活动连接且位于旋转片下方；

所述安装盒侧面设置有开口角度不小于180度的开口；所述旋转臂和固定臂伸出所述开口，所述固定臂设置在开口的一端，所述旋转臂可在开口内自由转动；

所述旋转片上表面和绝缘底板下表面之间设置有销钉结构。

2.根据权利要求1所述的内径测量装置，其特征在于：还包括阻尼单元，所述阻尼单元包括调节螺钉以及设置在安装盒内的压板、压板轴、上阻尼片和下阻尼片；

所述压板轴从上至下依次穿过上阻尼片、旋转片、下阻尼片和固定片；所述压板轴的上端与压板固连，所述调节螺钉穿过安装盒底板后与压板轴螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的内径测量装置，其特征在于：压板轴和安装盒底板销接。

4.根据权利要求1或2或3所述的内径测量装置，其特征在于：还包括水平仪，所述水平仪设置在安装盒表面。

5.根据权利要求4所述的内径测量装置，其特征在于：所述电容传感器的固定极板和旋转极板为单面半圆形敷铜板。

6.根据权利要求4所述的内径测量装置，其特征在于：所述电容传感器为两组，所述两组电容传感器为差动式连接。

7.根据权利要求1所述的内径测量装置，其特征在于：所述固定片与盒体通过螺钉连接。