专利名称：一种光电式大直径测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光电检测技术领域中涉及的一种测量大口径的测量装置。
二背景技术：
所谓大直径，在工业界通常是指工件的直径(或称口径)在小500mm 以上，有些工件的直径在三米以上。例如水轮机、汽轮机、大型发电机组、 大型轴承圈等都属于大直径工件，举世瞩目的三峡工程中水轮发电机组的主 轴上口尺寸为小3050mm。
能够精确的测量大直径工件的几何尺寸，在工程施工过程中具有重要的 价值和意义，对保证工程质量和施工进度往往起到决定性作用。因此，精确 的测量大直径工件的尺寸，成为业内人士非常关注的问题。
长期以来国内外学者对此进行了大量的研究，尝试过多种测量方法，但 一直没有太理想的仪器出现，对大直径工件的测量，基本上停留在传统的机 械测量方法的水平上。例如用大型卡尺进行测量；用ii尺进行测量；用电子 卡尺进行测量；用座标机进行测量；利用滚轮测量被测件周长，然后算出直 径等等。
与本发明最为接近的已有技术，是清华大学梁晋文教授开发的光电瞄准 ——干涉测量装置(《激光测量学》1998年科学出版社出版)如图l所示 包括被测工件l、定位块2、光电池3、准直激光器4、测量头5、五角棱镜 6、光电池7、靶镜8、参考镜9、干涉仪激光头IO。
测量时，首先将定位块2置于被测工件1的水平直径的一端，准直激光 器4发出的激光束经五角棱镜6两次反射后垂直入射到定位块2的光电池3 上，准直激光器4发出的光束经测量头5中的五角棱镜后分为两部分， 一部 分光线直接射向与五角棱镜6固定在一起的光电池7，形成基线，调整测量 头的位置，使测量头在测量过程中相对于准直光线的位置保持不变；另一部 分光线经五角棱镜6反射后与入射光线形成90。，形成瞄准基线，测量头沿 导轨运动使该反射光线依次瞄准于被测工件1两测量端点处的定位块2上的
光电池3的中心。恰好对准光电池3中心位置时，干涉仪清零开始计数，这 时将定位块2移到对径位置并翻转180° ，仍然使光电池向着五角棱镜方向， 移动五角棱镜6直到再次使激光束落到光电池3中心，读出干涉仪的计数， 减去定位块2翻转偏离值就可算出直径。
该测量装置存在的主要问题是瞄准精度低；使用激光干涉仪，对使用 环境要求高，不适用于施工现场使用；五角棱镜加工工艺难度大；系统成本 高。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于简化测量装置结构和 操作方法、降低成本，提高测量速度和工作效率，适应工业现场操作，特设 计一种新的测量大直径工件的装置。
本发明要解决的技术问题是提供一种光电式大直径测量装置。解决技 术问题的技术方案如图2所示包括被测工件11、测量系统有结构相同的定
位块12和13、工作台14、光栅尺15、电缆导线16、数显箱17、光栅尺读 数头18、光具座19、导轨20、安装块21和22。
其中定位块12和13结构完全相同，如图3和图4示包括磁性块23、 瞄准块24、瞄准狭缝25、指示灯26、线路板27、单片机28、放大器29和 32、光敏二极管30和31、比较器33;光具座iO的结构如图5所示包括 光具座底板34、壳体通光孔35、光具座壳体36、透镜37、激光器38、激光 器支架39、激光器驱动电路板40。
结构相同的两个定位块12和13，通过它们的磁性块23安装在被测工件 ll的两侧的对径位置上，两个定位块上的瞄准狭缝25的朝向相同，它们的 延长线在同一条直线上；两条导轨20平行的固定在工作台14的台面上，光 栅尺15通过安装块21和22固定在工作台14的台面上，位于导轨20的外 侧，使光栅尺15与导轨20平行，光具座19通过光具座底板34安装在导轨 20上，能在两根导轨20上移动，光具座19的激光光路光轴与两根导轨20 垂直，在工作时激光光路光轴对准定位块上的瞄准狭缝25;光栅尺读数头 18与光具座底板34固连，并随光具座19的移动沿光栅尺15的长度方向移 动，光栅尺读数头18通过电缆导线16与数显箱17的输入端连接。
在定位块12和13的瞄准块24内部，装有线路板27，在线路板27上固 连装有指示灯26、单片机28、光敏二极管30和31、放大器29和32、比较 器33;使得指示灯26对准瞄准块24上的指示灯孔，光敏二极管30和31 位于瞄准狭缝25的后方，光敏二极管30的输出端与放大器29的输入端连 接，光敏二极管31的输出端与放大器32的输入端连接，放大器29和32的 输出端与比较器33的输入端连接，比较器33的输出端与单片机28的输入 端连接，单片机28的输出端与指示灯26连接；在光具座壳体36内部的一 端装有激光器驱动电路板40，激光器38的管脚通过导线焊接在激光器驱动 电路板40上，激光器38安装在激光器支架39上，在光具座19的另一端壳 体通光孔35内测，与激光器38的光轴垂直装有透镜37，形成了激光器38、 透镜37、壳体通光孔36的激光光路。 工作原理说明
本装置采用光电瞄准方法非接触瞄准，采用半导体激光器38发出的激光 光束通过透镜37聚焦到瞄准狭缝25上，通过瞄准狭缝25后的光敏二极管 30和31接受激光能量，当光敏二极管30和31接受到的能量信号相等时， 即作为瞄准点。这种瞄准精度比已有技术的瞄准方法高，并且原理简单，易
于实施。
工作时，首先安装定位块12和13，定位块12和13要安装在被测工件 的母线上，并且对径安装，安装基准由被测工件基准线给出。
然后移动光具座19，瞄准第一个定位块12，指示灯26亮，然后光栅尺 清零开始计数。移动光具座19，使激光束聚焦到第二个定位块13上，进行 瞄准，瞄准后通过数显箱读出此时光栅尺读数L。
最后计算工件尺寸，工件尺寸X-L-A，其中A为定位块便宜量，为定位 块制作好后的固定值。
本发明的积极效果该测量装置瞄准精度高，测量精度可以达到士5y m， 工作稳定、受环境影响小，成本低，操作方便，快捷，工作效率高，是比较 适用的用于测量大直径工件的测量装置。
图1是已有技术的结构示意图2是本发明的结构示意图3是本发明中定位块外观结构示意图4是本发明中定位块的结构示意图5是本发明中光具座、光栅尺、导轨、工作台的剖面结构示意图6是本发明中的电路结构示意图。 五具体实施例方式
本发明是按图2所示的结构实施，其中，定位块12和13的具体部位按 图3和图4所示的结构实施，光具座19按图5所示的结构实施。
工作台14的材质采用大理石，台面尺寸为长4000mm,宽450mm，光栅 尺15采用海德汉LB382封闭式光栅尺，测量精度为士5um，数显箱采用海 德汉ND281数显箱，导轨20采用标准直线滚珠导轨，长度与工作台的长度 匹配，两条导轨平行安装，瞄准块24的材质采用2Cr13，瞄准狭缝25采用 玻璃基底，瞄准狭缝尺寸为宽度10 U m，长度30mm，光敏二极管30和31采 用VISHAY公司BP104型PIN光电二极管。放大器29和32采用美国国家 半导体公司生产的LM124差分放大器，比较器33采用美国国家半导体公司 生产的LM139，单片机28采用美国ATMEL公司生产的89C51单片机，激光器 38采用三菱激光器，功率50mw，波段783nm，透镜38材质采用K9玻璃，焦距 300mm,壳体通光孔采用通孔，口径采用10mm。
权利要求
1、一种光电式大直径测量装置，包括被测工件、定位块，其特征在于还包括工作台(14)、光栅尺(15)、电缆导线(16)、数显箱(17)、光栅尺读数头(18)、光具座(19)、导轨(20)、安装块(21)和(22)；结构相同的两个定位块(12)和(13)，通过它们的磁性快(23)安装在被测工件(11)的两侧的对径位置上，两个定位块上的瞄准狭缝(25)的朝向相同，它们的延长线在同一条直线上；两条导轨(20)平行的固定在工作台(14)的台面上，光栅尺(15)通过安装快(21)和(22)固定在工作台(14)的台面上，位于导轨(20)的外侧，光栅尺(15)与导轨(20)平行，光具座(19)通过光具座底板(34)安装在导轨(20)上，能在两根导轨(20)上移动，光具座(19)的激光光路光轴与两根导轨(20)垂直，在工作时激光光路光轴对准定位块上的瞄准狭缝(25)；光栅尺读数头(18)与光具座底板(34)固连，并随光具座(19)的移动沿光栅尺(15)的长度方向移动，光栅尺读数头(18)通过电缆导线(16)与数显箱(17)的输入端连接。
2、 按权力要求1所述的一种光电式大直径测量装置，其特征在于结构相同的 两个定位±哉12)和(13)中，包括磁性±哉23)、瞄准±^(24)、瞄准狭缝(25)、指示灯(26)、 线路板(27)、单片机(28)、放大徵29)和(32)、光敏二极斷30)和(31)、比较教33);在 定位±哉12)和(13)的瞄准與24)内部，装有线路板(27)，在线路板(27)上固连装有指示 灯(26)、单片机(28)、光敏二极管(30)和(31)、放大戮29)和(32)、比较戮33);使得指 示灯(26)对7隹瞄准i哉24)上的指示灯 L光敏二极管(30)和(31)位于瞄准狭纟數25)的后 方，光敏二极管(30)的输出端与放大對29)的输入端连接，光敏二极管(31)的输出端 与放大對32)的输入端连接，放大戮29)和(32)的输出端与比较教33)的输入端连接， 比较對33)的输出端与单片机(28)的输入端连接，单片机(28)的输出端与指示灯(26) 连接。
3、 按权力要求1所述的一种光电式大直径测量装置，其特征在于光具座 (19)包括光具座底板(34)、壳体通光孔(35)、光具座壳体(36)、透镜(37)、激光 器(38)、激光器支架(39)、激光器驱动电路板(40);在光具座壳体(36)内部的一 端装有激光器驱动电路板(40)，激光器(38)的管脚通过导线焊接在驱动电路板 (40)上，激光器(38)安装在激光器支架(39)上，在光具座(19)的另一端壳体通光 孔(35)内测，与激光器(38)的光轴垂直装有透镜(37)，形成了激光器(38)、透镜 (37)、壳体通光孔(36)的激光光路。
全文摘要
一种光电式大直径测量装置，属于光电检测技术领域中涉及的一种测量装置，要解决的技术问题是提供一种光电式大直径测量装置。技术方案包括被测工件、定位块、工作台、光栅尺、电缆导线、数显箱、光具座、导轨、安装块；定位块通过它们的磁性块安装在被测工件的两侧的对径位置上；两条导轨平行的固定在工作台的台面上，光栅尺通过安装块固定在工作台的台面上，光栅尺与导轨平行；光具座安装在导轨上，能在导轨上移动，光具座的激光光路光轴与两根导轨垂直，在工作时激光光路光轴对准定位块上的瞄准狭缝；光栅尺读数头通过电缆导线与数显箱的输入端连接。该装置测量精度高，工作稳定、受环境影响小，是比较适用的测量大直径工件的测量装置。
文档编号G01B11/08GK101101198SQ20061001699
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者琳 李, 华 艾, 韩旭东 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所