本發(fā)明屬于精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

密封件的內(nèi)外徑的精密測(cè)量，是由來(lái)已久的技術(shù)難題。傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺即屬于接觸式測(cè)量，由于密封件材料彈性較大，測(cè)量精度只能維持在毫米級(jí)范圍內(nèi)。對(duì)于直徑小于300mm的中小型密封件，采用攝影等圖像分析技術(shù)測(cè)量?jī)?nèi)外徑，可以達(dá)到較高精度。而對(duì)于直徑大于300mm的大中型密封件，一般只能采用π尺測(cè)量外徑，采用大型游標(biāo)卡尺測(cè)量?jī)?nèi)徑，不僅存在接觸式測(cè)量的“測(cè)不準(zhǔn)”問(wèn)題，還存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x可以用于對(duì)直徑大于300mm的大中型密封件進(jìn)行內(nèi)外徑的精密測(cè)量，但是，三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x除價(jià)格昂貴外，還存在采樣點(diǎn)多，數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng)，效率低的問(wèn)題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于大直徑密封圈(直徑大于300mm的大中型密封件)的精密測(cè)量，缺少適當(dāng)?shù)臏y(cè)量?jī)x器:傳統(tǒng)的π尺測(cè)量精度低，而三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x價(jià)格昂貴，測(cè)量效率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測(cè)量精度高、測(cè)量效率高、成本低的大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x，它包括測(cè)量平臺(tái)、升降臂、擺動(dòng)臂、磁致伸縮傳感器、激光位移傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置；升降臂一端安裝在支架上，升降臂的另一端與擺動(dòng)臂的一端活動(dòng)連接；升降臂可上下升降,擺動(dòng)臂可旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)；磁致伸縮傳感器包括一磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿安裝在擺動(dòng)臂上；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿上套有兩個(gè)游標(biāo)，每個(gè)游標(biāo)上部設(shè)有一個(gè)磁環(huán)(浮球)；每個(gè)游標(biāo)下端設(shè)有一個(gè)激光位移傳感器；兩個(gè)激光位移傳感器各有一個(gè)測(cè)頭，靠?jī)?nèi)的激光位移傳感器測(cè)頭可測(cè)出該測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓的距離，靠外的激光位移傳感器測(cè)頭可測(cè)出該測(cè)頭到密封圈外徑圓的距離；激光位移傳感器、磁致伸縮傳感器均與數(shù)據(jù)采集裝置連接。

進(jìn)一步地，氣缸豎直安裝在升降臂下方，升降臂可由氣缸推動(dòng)升降。

進(jìn)一步地，升降臂的另一端與擺動(dòng)臂的一端通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，擺動(dòng)臂與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；擺動(dòng)臂可由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，測(cè)量平臺(tái)是圓形的，測(cè)量平臺(tái)的圓心位于旋轉(zhuǎn)軸軸心(擺動(dòng)臂的支點(diǎn))的正下方，即測(cè)量平臺(tái)的圓心與旋轉(zhuǎn)軸軸心(擺動(dòng)臂的支點(diǎn))在同一條豎直線上。

進(jìn)一步地，升降臂和擺動(dòng)臂都是水平的；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿內(nèi)裝有磁致伸縮線；電子倉(cāng)設(shè)在磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿的一端。

進(jìn)一步地，數(shù)據(jù)采集裝置與電控系統(tǒng)連接。

更進(jìn)一步地，測(cè)量平臺(tái)安裝在機(jī)柜上，機(jī)柜內(nèi)設(shè)有PC機(jī)，機(jī)柜上設(shè)有與PC機(jī)連接的顯示屏；數(shù)據(jù)采集裝置與PC機(jī)的電控系統(tǒng)連接，電控系統(tǒng)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理后將測(cè)量結(jié)果顯示在顯示屏上。

利用上述大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x,測(cè)量大直徑密封圈內(nèi)外徑的方法如下：將被測(cè)工件(大直徑密封圈)放置在圓形測(cè)量平臺(tái)上，盡可能使被測(cè)工件與測(cè)量平臺(tái)同心；手動(dòng)移動(dòng)激光位移傳感器測(cè)頭，使被測(cè)工件密封圈大致處于兩激光位移傳感器測(cè)頭的中間位置的下方，使激光位移傳感器測(cè)頭與密封圈之間的水平距離在20-40mm；啟動(dòng)測(cè)量按鈕，升降氣缸帶動(dòng)升降臂下移，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)臂帶動(dòng)激光位移傳感器測(cè)頭沿密封圈旋轉(zhuǎn)一周，即完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集；由電控系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)處理后把測(cè)量結(jié)果顯示在屏幕上。

測(cè)量原理：擺動(dòng)臂帶動(dòng)激光位移傳感器和磁致伸縮傳感器旋轉(zhuǎn)一圈，兩個(gè)激光位移傳感器的測(cè)頭可分別測(cè)出測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓和外徑圓的距離，磁致伸縮傳感器的兩個(gè)磁環(huán)可精密測(cè)出兩個(gè)激光位移傳感器測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑；將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算，即得到大直徑密封圈的內(nèi)外徑數(shù)據(jù)。

電控系統(tǒng)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算，即得到密封圈的內(nèi)徑數(shù)據(jù)：

R_內(nèi)＝(max_內(nèi)+min_內(nèi))/2+r

上式中，R_內(nèi)為密封圈的內(nèi)徑圓的半徑；max_內(nèi)和min_內(nèi)分別表示靠?jī)?nèi)的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓的最大距離和最小距離；r為靠?jī)?nèi)的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑。

電控系統(tǒng)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算，即得到密封圈的外徑數(shù)據(jù)：

R_外＝R-(max_外+min_外)/2

上式中，R_外為密封圈的外徑圓的半徑；R為靠外的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑；max_外和min_外分別表示靠外的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭到密封圈外徑圓的最大距離和最小距離。

本發(fā)明的測(cè)量?jī)x是一種采用位移傳感器和非接觸式測(cè)頭等先進(jìn)傳感器元件的非接觸式自動(dòng)精密測(cè)量?jī)x。該測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍定為150mm到1200mm,即可測(cè)的密封圈的最小內(nèi)徑不小于150mm,最大外徑不超過(guò)1200mm。該測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度0.01mm,即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋼制圓環(huán)校驗(yàn)后，重復(fù)測(cè)量精度不大于0.01mm。該測(cè)量?jī)x的分辨力根據(jù)測(cè)量及位移傳感器精度可達(dá)到8μm以下。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法，將激光位移傳感器和磁致伸縮傳感器結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)巧妙，擺動(dòng)臂帶動(dòng)激光位移傳感器和磁致伸縮傳感器旋轉(zhuǎn)一圈，兩個(gè)激光位移傳感器的測(cè)頭可分別測(cè)出測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓和外徑圓的距離，磁致伸縮傳感器的兩個(gè)磁環(huán)可精密測(cè)出兩個(gè)激光位移傳感器測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑，由此很好地解決了因人工放置被測(cè)工件引起偏心造成的問(wèn)題，這樣，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算，即可得到大直徑密封圈的內(nèi)外徑數(shù)據(jù)，由此使測(cè)量變得簡(jiǎn)單方便而快捷，提高了測(cè)量效率。

本發(fā)明的大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)測(cè)量精度高，重度測(cè)量精度可達(dá)到0.01mm。

2)測(cè)量方便，可以適應(yīng)因人工放置引起的偏心問(wèn)題。

3)對(duì)比三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，測(cè)量成本低且測(cè)量效率較高。

4)可適用于其它圓圈形零件的內(nèi)外徑精密測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中的密封圈內(nèi)徑測(cè)量原理圖；

圖3是本發(fā)明中的密封圈外徑測(cè)量原理圖。

圖中：1、測(cè)量平臺(tái) 2、被測(cè)工件 3、激光位移傳感器 4、游標(biāo) 5、磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿 6、磁環(huán) 7、電子倉(cāng) 8、擺動(dòng)臂 9、氣缸 10、驅(qū)動(dòng)電機(jī) 11、升降臂 12、顯示屏 13、機(jī)柜

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明一種大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x，它包括測(cè)量平臺(tái)1、升降臂11、擺動(dòng)臂8、磁致伸縮傳感器、激光位移傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置、電控系統(tǒng)；升降臂11和擺動(dòng)臂8都是水平的；升降臂11一端安裝在支架上，氣缸9豎直安裝在升降臂11下方，升降臂11可由氣缸9推動(dòng)升降；升降臂11的另一端與擺動(dòng)臂8的一端通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接，擺動(dòng)臂與旋轉(zhuǎn)軸固定連接，旋轉(zhuǎn)軸的上端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)10連接；擺動(dòng)臂8可由設(shè)在其上方的驅(qū)動(dòng)電機(jī)10(步進(jìn)電機(jī))驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。磁致伸縮傳感器(即磁致伸縮線性位移傳感器)包括一磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿5；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿5安裝在擺動(dòng)臂8上；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿5內(nèi)裝有磁致伸縮線(波導(dǎo)絲)；電子倉(cāng)7設(shè)在磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿的一端；磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿5上套有兩個(gè)游標(biāo)4，每個(gè)游標(biāo)上部安裝有一個(gè)與磁致伸縮游標(biāo)測(cè)桿5不接觸的磁環(huán)6(浮球)；每個(gè)游標(biāo)下端設(shè)有一個(gè)激光位移傳感器3。

測(cè)量平臺(tái)1是圓形的，測(cè)量平臺(tái)的圓心位于旋轉(zhuǎn)軸軸心(擺動(dòng)臂的支點(diǎn))的正下方，即測(cè)量平臺(tái)的圓心與旋轉(zhuǎn)軸軸心(擺動(dòng)臂的支點(diǎn))在同一條豎直線上。測(cè)量平臺(tái)1安裝在機(jī)柜13上，機(jī)柜內(nèi)設(shè)置有工業(yè)PC機(jī)，機(jī)柜上設(shè)有與PC機(jī)連接的顯示屏12；激光位移傳感器3、磁致伸縮傳感器5均與數(shù)據(jù)采集裝置連接，數(shù)據(jù)采集裝置與PC機(jī)的電控系統(tǒng)連接，電控系統(tǒng)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理后將測(cè)量結(jié)果顯示在顯示屏12上。

一種利用上述大直徑密封圈內(nèi)外徑精密測(cè)量?jī)x,測(cè)量大直徑密封圈內(nèi)外徑的方法如下：將被測(cè)工件2(大直徑密封圈)放置在圓形測(cè)量平臺(tái)1上，盡可能使被測(cè)工件2與測(cè)量平臺(tái)1同心；手動(dòng)移動(dòng)激光位移傳感器測(cè)頭(簡(jiǎn)稱激光測(cè)頭)，使密封圈大致處于兩激光測(cè)頭的中間位置的下方，使兩激光測(cè)頭與密封圈之間的水平距離約30mm。啟動(dòng)測(cè)量按鈕，升降氣缸帶動(dòng)升降臂下移，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)臂帶動(dòng)激光測(cè)頭沿密封圈旋轉(zhuǎn)一周，即完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集。由電控系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)處理后將測(cè)量結(jié)果顯示在屏幕上。

測(cè)量原理如下:擺動(dòng)臂帶動(dòng)激光位移傳感器和磁致伸縮傳感器繞被測(cè)工件2(密封圈)旋轉(zhuǎn)一圈，靠?jī)?nèi)的激光位移傳感器測(cè)頭可測(cè)出該測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓的距離，磁致伸縮傳感器的內(nèi)磁環(huán)(靠?jī)?nèi)的磁環(huán))可精密測(cè)出靠?jī)?nèi)的測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑；靠外的激光位移傳感器測(cè)頭可測(cè)出該測(cè)頭到密封圈外徑圓的距離,磁致伸縮傳感器的外磁環(huán)(靠外的磁環(huán))可精密測(cè)出靠外的測(cè)頭的測(cè)量路徑圓的半徑；激光位移傳感器、磁致伸縮傳感器將上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置輸送到PC機(jī)的電控系統(tǒng)，PC機(jī)的電控系統(tǒng)(數(shù)據(jù)處理模塊)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、處理后將測(cè)量結(jié)果(大直徑密封圈的內(nèi)外徑)顯示在顯示屏12上。

如圖2所示，大直徑密封圈的內(nèi)徑測(cè)量原理和公式推導(dǎo)過(guò)程及方法如下：圖2中，實(shí)線大圓代表被測(cè)工件密封圈的內(nèi)徑圓，實(shí)線大圓半徑即密封圈內(nèi)徑用R表示；虛線小圓代表激光測(cè)頭的測(cè)量路徑圓，虛線小圓半徑用r表示。兩圓心之間的偏差距離用e表示。激光測(cè)頭掃描一圈，可以精確測(cè)量出AB，CD等一系列數(shù)值，即測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓的距離。即：AB,CD等值由激光測(cè)距傳感器測(cè)得。max_內(nèi)和min_內(nèi)分別表示靠?jī)?nèi)的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭到密封圈內(nèi)徑圓的最大距離和最小距離，即該測(cè)頭的掃描值中的最大值A(chǔ)B和最小值CD。虛線小圓的半徑r由磁致伸縮傳感器的內(nèi)磁環(huán)精密測(cè)量得到。

通過(guò)幾何計(jì)算，可以得出圖2中實(shí)線大圓半徑(即密封圈內(nèi)徑)R_內(nèi)的計(jì)算公式如下。

圖2中，AB＝max_內(nèi),CD＝min_內(nèi)，O₁O₂＝e,

O₁A＝O₁C＝r,e＝(max_內(nèi)-min_內(nèi))/2.

O₂B＝AB+O₁A-O₁O₂＝max_內(nèi)+r-e

O₂D＝CD+O₁C+O₁O₂＝min_內(nèi)+r+e

R_內(nèi)＝(O₂B+O₂D)/2＝(max_內(nèi)+min_內(nèi))/2+r

如圖3所示，大直徑密封圈的外徑測(cè)量原理和公式推導(dǎo)過(guò)程及方法如下：圖3中，實(shí)線小圓代表被測(cè)工件2密封圈的外徑圓，實(shí)線小圓半徑用r表示；虛線大圓代表激光測(cè)頭的測(cè)量路徑圓，虛線大圓半徑用R表示。兩圓心之間的偏差距離用e表示。激光測(cè)頭掃描一圈，可以精確測(cè)量出AB，CD等一系列數(shù)值，即測(cè)頭到密封圈外徑圓的距離。即：AB,CD等值由激光測(cè)距傳感器測(cè)得。max_外和min_外分別表示靠外的激光位移傳感器測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一圈，該測(cè)頭到密封圈外徑圓的最大距離和最小距離,即該測(cè)頭的掃描值中的最大值CD和最小值A(chǔ)B。虛線大圓的半徑R由磁致伸縮傳感器的外磁環(huán)精密測(cè)量得到。

通過(guò)幾何計(jì)算，可以得出圖3中實(shí)線小圓半徑(即密封圈外徑)R_外的計(jì)算公式如下。

圖3中，AB＝min_外,CD＝max_外，O₁O₂＝e，

O₁B＝O₁D＝R，O₁C＝R-max_外.

O₂A＝O₁B-AB-O₁O₂＝R-min_外-e

O₂C＝O₁C+O₁O₂＝R-max_外+e

R_外＝(O₂A+O₂C)/2＝R-(max_外+min_外)/2

該測(cè)量?jī)x是一種采用位移傳感器和非接觸式測(cè)頭等先進(jìn)傳感器元件的非接觸式自動(dòng)精密測(cè)量?jī)x。測(cè)量范圍定為150mm到1200mm,即可測(cè)的密封圈的最小內(nèi)徑不小于150mm,最大外徑不超過(guò)1200mm。測(cè)量精度0.01mm,即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋼制圓環(huán)校驗(yàn)后，重復(fù)測(cè)量精度不大于0.01mm。分辨力根據(jù)位移傳感器精度可達(dá)到8μm以下。