专利名称：一种基准尺法大直径测量π尺装置及测量方法
技术领域：
本发明是一种用于大直径高精度测量装置和方法，属于重载大尺寸直径测量领 域。
背景技术：
大型机械装备，包括大型发电设备、重型机械、大型船舶、大型容器、以及航天设备 等，遍及电力、航空航天、船舶、矿山、冶金、化工、石油和交通等各个领域，涉及国民经济的 命脉，因此具有重大的意义。大型主轴、大型轴承、大型齿轮、大型容器，以及大型活塞等是 组成大型机械装备的重要甚至是核心的零件，它们的加工都需要高精度的大直径乃至巨大 直径的测量。目前工厂大直径测量的普遍特点是，测量器具往往体积大，重量重。因此，现场 安装操作困难，标定复杂，易变形，成本高，而且测量精度也难以满足技术要求。例如，多数 工厂采用η尺法进行大直径的测量，即用软尺绕大直径工件一周，测出圆周长度，再除以 JI即得大直径d。然而这种方法误差很大第一，定位不准确，测量所围截面很难保证是垂 直于轴的横截面，测量结果偏大；第二，读数精度很低，在交合点读数时，也很难保证η尺 头和尾很好的连接在一起，会导致尺寸偏大；第三，温度对测量精度影响很大，温度变化大， 普通材料的η尺由于热胀冷缩，较长的η尺将产生较大的测量误差；第四，测量操作难以 保证。例如，测量时测量力难以保证均勻一致，也不能保证η尺紧贴工件，导致所测直径值 偏大，加工表面污染物同样使所测直径值偏大。
发明内容
本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺点，发明一种沿被测圆周摆放的用 于大尺寸直径测量的基准尺法大直径测量η尺装置。采用该装置测量大直径具有一系列 特点(1)结构简单、体积小，便携、操作简便；(2)成本低；(3)测量精度高，几乎不受温度 影响；(4)测量效率高。本发明采用的技术方案是一种基准尺法大直径测量π尺装置及测量方法。该装 置由初始测量单元A和一系列相互独立的基准测量单元B、C、D、Ε、F、G、H、I、J、K、L组成。 初始测量单元A总长度为lm，设有水平仪A2和封闭环尺寸测量部件，其中封闭环尺寸测量 部件由固定螺钉A3，卡尺固定架A4、A4’，电子游标卡尺A5，封闭环测量带A6，数码显示屏 A7，移动滑块A8，自动张紧绳A9组成。基准测量单元由左右两个磁性定位元件、一个殷钢 测量带组成，其长度有四种1米，0. 5米，0. 25米，0. 125米，其中基准测量单元B、C、D、E、 F、G、H、I的长度为1米，基准测量单元J的长度为0. 5米，基准测量单元K的长度为0. 25 米，基准测量单元L的长度为0. 125米。经过计算可得这套装置可测量直径最大值为3. 145 米。测量单元的定位元件为长方体磁铁，测量带由殷钢制成。初始测量单元A在测量过程 中需要首先安放在工件上，其左磁性定位元件Al上安装一个水平仪A2，确保在测量中测量 元件在被测圆周的同一个截面上，消除误差；其右磁性定位元件A12右端面有一梯形定位 槽al2，以便于下一个基准测量单元连接定位。基准测量单元B的左磁性定位元件Bl的左端面有梯形定位块bl，便于与初始测量单元A的右磁性定位元件A12右端面的梯形定位槽 al2配合定位。测量大直径时，依次将各测量单元安装在被测圆周上，直到所剩余长度不足 于摆下0. 125米的基准测量单元为止。测量出初始测量单元A和最后一个基准测量单元之 间的距离，即封闭尺寸，根据几何关系可以计算出被测圆周的直径。本发明具有以下有益效果1)化大为小，将对大尺寸的测量转化为对封闭环的测 量，测量的精度更高；幻本装置有水平仪、定位块，所以定位准确，而且测量带有一定的宽 度，这样可以使测量所围截面垂直于轴的横截面，从而提高测量精度；幻本装置有专门的 封闭尺寸测量部件，其精度可以达到0. 02mm，而且能够直接显示最后的直径尺寸，读数方便 可靠快捷；4)基本上不受温度的影响，本装置测量单元采用殷钢，殷钢的热膨胀系数接近 于0，这样消除了温度的影响，保证了测量精度力)该装置制造成本低，在同类产品中具有 很高的推广价值。
图1是该装置测量大直径的测量原理示意图，其中1-被测工件，A-初始测量单元 A，B-基准测量单元B，C-基准测量单元C，D-基准测量单元D，E-基准测量单元E，F-基准 测量单元F，G-基准测量单元G，H-基准测量单元H，I-基准测量单元I，J-基准测量单元 J，K-基准测量单元K，L-基准测量单元L。图2和图3是初始测量单元A的结构简图，图3是图2的俯视图，其中A1_磁性 左定位元件，A2-水平仪，A3-封闭环部件固定螺钉，A4、A4’ -卡尺固定架，A5-电子游标卡 尺，A6-封闭环测量带，A7-数码显示屏，A8-移动滑块，A9-自动张紧绳，AlO-殷钢测量带， All-测量带固定螺钉，A12-右磁性定位元件，al2-梯形定位槽。图5和图4是基准尺测量单元(B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L)的结构简图，图5是图 4的水平剖视图，其中B1-左磁性定位元件，bl-梯形定位块，B2-测量带固定螺钉，B3-殷 钢测量带，B4-右磁性定位元件，b4-梯形定位槽。
具体实施例方式结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。本发明基准尺法大直径测量π 尺由初始测量单元々和一系列相互独立的基准测量单元8、(、034、6、!1、1、、1(、1^组成。如图2所示，A测量单元由一条厚度为Imm宽度为40mm的殷钢测量带Α10、一个 左磁性定位元件Al、一个右磁性定位元件A12、长度为20mm的水平仪A2和封闭环测量部件 (A3、A4、A4’、A5、A6、A7、A8、A9)组成。测量单元在垂直于被测工件的圆心轴线上的截面上 是由水平仪保证的。左磁性定位元件Al长60mm、宽30mm、高40mm，在其内部有宽15mm，高 度为Imm的封闭环测量带通道。右磁性定位元件A12长60mm、宽15mm、高40mm，在其右端面 有梯形定位槽al2，用于与B测量单元定位配合。定位元件的主要材料是狗304，具有一定的 磁性，这样定位元件就可以吸附在被测工件上，施加一定的力使测量单元张紧以保证测量 的准确性，避免测量带没有紧贴工件而导致测量值偏大。相邻两测量单元的连接由梯形定 位槽与梯形定位块的配合完成。封闭环测量部件由固定螺钉A3，卡尺固定架A4、A4’，电子 游标卡尺A5，封闭环测量带A6，数码显示屏A7，移动滑块A8，自动张紧绳A9组成。固定螺 钉A3用于固定封闭环测量部件在左磁性测量单元Al上。卡尺固定架A4、A4’用于固定电4子游标卡尺A5。封闭环测量带A6宽15mm、厚1mm，末端与移动滑块A8固定在一起，可以带 动移动滑块A8移动，而移动滑块A8又与卡尺测量端连接在一起，这样就能带动卡尺测量端 移动，从而读出测量带外伸的尺寸，即封闭环尺寸。自动张紧绳A9与滑动活塞连接在一起， 在张紧部件的作用下可使测量带始终处于绷紧状态，提高测量精度。电子游标卡尺A5非同 于市场上现有的电子卡尺，其数码显示屏A7可在输入测量单元的尺寸之和后直接显示出 最后经内置单片机计算而得的直径尺寸，精度可达0. 02mm。如图3所示，B基准尺测量单元由一条厚度为Imm宽度为40mm的殷钢测量带B3、 一个左磁性定位元件Bi、一个右磁性定位元件B4和固定螺钉B2组成。左磁性定位元件Bl 长60mm，宽15mm，高40mm，在其左端面有与右磁性定位元件A12上的定位槽相配合的梯形定 位块bl。右磁性定位元件B4长60mm，宽15mm，高40mm，在其右端面有与C测量单元的左磁 性定位元件上的定位块相配合的梯形定位槽b4。从左磁性定位元件Bl的左端面到右磁性 定位元件B4的右端面的长度为lm，作为基准长度。C、D、E、F、G、H、I、J、K、L测量单元的结 构与B测量单元一样，其中C、D、E、F、G、H、I测量单元基准长度为lm，J测量单元基准长 度为0. 5m, K测量单元基准长度为0. 25m, L测量单元基准长度为0. 125m,且L测量单元右 磁性定位元件的右端面无梯形定位槽。一般重载大尺寸的参数为直径尺寸1. 5m-3. 0m，重量200t_400t。实施例测量一 个直径为:3m的工件，估算可得其圆周长为9. 42m,则应先安装9个长度为Im的测量单元，分 别为A、B、C、D、E、F、G、H、I测量单元；接着安装长度为0. 25m的基准测量单元K ；最后安装 基准长度为0. 125的基准测量单元L，则此时最后的封闭环尺寸小于0. 125m，可由初始测量 单元A上的封闭环测量部件测出。在摆放测量单元的时候应遵循尺寸由大到小的原则，直 到最后的尺寸小于125mm，即为封闭尺寸。测量时的具体操作步骤如下1)将初始测量单元A安装在被测圆周表面被测直径部位处，确认初始测量单元A 上的左磁性定位元件Al与右磁性定位元件A12与被测圆周表面接触，并且通过长方形磁铁 上的水平仪保证定位块水平，进而保证测量的准确性。2)用手给初始测量单元A —定的拉力，保证测量带张紧，紧贴着被测量工件。3)将基准测量单元B安装在被测圆周表面被测直径部位处，将其左磁性定位元件 Bl上的梯形定位块b 1与初始测量单元A的右磁性定位元件A12上的梯形定位槽al2紧密 连接起来，给B —定的拉力，保证测量单元B张紧和紧贴工件，保证测量的准确性。4)按步骤幻所述的方法重复摆放长度与测量单元B相同的测量单元，直到最后 一个安装的测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个长度为1米的测量单 元为止。5)取长度为0.5米的J测量单元，按步骤幻所述的方法将其安装在工件上。若此 时封闭尺寸大于0. 25米，则继续安装测量单元K和L。若封闭尺寸小于0. 25米则直接安装 测量单元L即可。这样就能使最后的封闭尺寸小于等于0. 125米。6)采用上述步骤安装各测量单元之后，形成初始测量单元与最后一个测量单元之 间的距离，即最终的封闭尺寸。这个尺寸由A测量单元中的封闭环测量部件测出，该部件是 由电子游标卡尺改装而成。该部件由测量带A6、移动滑块A8、卡尺A5和电子显示屏A7组 成。在测量带的前端有方形定位块，具有磁性，用于和最后一个测量单元的定位。拉动测量 带使其良好定位，该装置能自动张紧，这样能够保证测量带紧贴工件表面，从而提高测量精度。读数时，只需输入所有安装的测量单元的尺寸之和后该部件就会自动在显示屏中显示 经过单片机计算得出的被测圆周直径尺寸。测量过程完毕。 本发明的基准尺法大直径测量π尺因为具有精度高、成本低、操作简便以及便携 性等特点而在这些场合具有很好的推广价值和应用价值。
权利要求
1.一种基准尺法大直径测量η尺装置及测量方法，其特征在于，该装置由初始测量单 元㈧和一系列相互独立的基准测量单元(B、C、D、Ε、F、G、H、I、J、K、L)组成；初始测量 单元(A)设有水平仪Α2和封闭环尺寸测量部件，其中封闭环测量部件由固定螺钉(A3)，卡 尺固定架(Α4、Α4’ )，电子游标卡尺(AO，封闭环测量带(A6)，数码显示屏(A7)，移动滑块 (A8)，自动张紧绳(A9)组成；基准测量单元由左右两个长方体磁性定位元件、一个殷钢测 量带组成，其长度有四种1米，0. 5米，0. 25米，0. 125米，其中测量单元(A、B、C、D、E、F、G、 H、I)的长度为1米，测量单元(J)的长度为0. 5米，测量单元(K)的长度为0. 25米，测量 单元(L)的长度为0. 125米；这套装置可测量的直径最大值为3. 145米。
2.一种基准尺法大直径测量η尺装置，其采用的测量方法，其特征是，采用基准尺法 测量大直径工件，其步骤如下1)将初始测量单元(A)安装在被测圆周表面被测直径部位处，确认初始测量单元(A) 上左磁性定位元件(Al)与右磁性定位元件(Al》与被测圆周表面接触，并且通过长方形磁 铁上的水平仪m保证定位块水平，进而保证测量的准确性；2)用手给初始测量单元(A)—定的拉力，保证测量带张紧，紧贴着被测量元件；3)将基准测量单元(B)安装在被测圆周表面被测直径部位处，将其凸槽与凹槽紧密连 接起来，给(B) —定的拉力，保证基准测量单元(B)张紧和紧贴工件，保证测量的准确性；4)按步骤幻所述的方法重复安装在长度与基准测量单元(B)相同的测量单元，直到最 后一个安装的基准测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个长度为1米的 基准测量单元为止；5)取长度为0.5米的基准测量单元(J)，按步骤幻所述的方法将其安装在工件上；若 此时封闭尺寸大于0.25米，则继续安装基准测量单元(K)和(L)；若封闭尺寸小于0.25米 则直接安装基准测量单元(L)即可；这样就能使最后的封闭尺寸小于等于0. 125米；6)采用上述步骤安装各测量单元之后，形成初始测量单元(A)与最后一个基准测量单 元之间的距离，即最终的封闭尺寸；这个尺寸由初始测量单元(A)中的封闭环测量部件测 出；在其测量带(A6)的前端有方形定位块，具有磁性，用于和最后一个测量单元的定位，拉 动测量带使其良好定位；安装完毕后，人工输入所有安装的测量单元的尺寸之和后，会自动 在显示屏中显示经过单片机计算得出的被测圆周直径尺寸，测量完毕。
全文摘要
本发明一种基准尺法大直径测量π尺装置及测量方法属于重载大尺寸直径测量领域，涉及测量大直径工件尺寸的高精度测量装置和方法。该装置由初始测量单元和一系列相互独立的基准测量单元组成。每一个测量单元由左右两个长方体磁性定位元件、一个殷钢测量带组成。采用的测量方法是先将初始测量单元A安装在被测圆周表面被测直径部位处，确认初始测量单元上左定位元件与右定位元件与被测圆周表面接触，并且通过长方形磁铁上的水平仪保证定位块水平，测量带张紧紧贴着被测量元件。本发明具有精度高、成本低、操作简便以及便携性等特点而在这些场合具有很好的推广价值和应用价值。
文档编号G01B5/08GK102042790SQ201010522099
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者刘巍, 李洲龙, 王东魏, 王续跃, 高航 申请人:大连理工大学