圆棒材参数的测量装置及方法与流程

本发明涉及一种圆棒材参数的测量装置及方法，特别涉及一种圆棒材的半径、圆度、圆柱度、以及中心线角度的测量装置及方法。

背景技术：

圆棒材参数测量是管棒线生产企业生产的产品所耗费时间较长的工序步骤之一，但因为该工序的重要性，无法被省略。目前对圆形棒材参数，例如：内外径测量、圆度测量、圆柱度测量等通常都要借助多种仪器设备来联合使用，给测量工作带来诸多不便，并且在测量过程中，也会因多工具的联合应用，会带来一定的测量误差。

现有技术中存在一些测量圆棒材参数的方案，例如：

申请号为201510036516.6的发明专利申请“无缝钢管用内外径测量仪”，其具有两个对称设置于无缝钢管左右两侧的支撑座，所述的每个支撑座上表面的内侧均设置有可用于测量其到无缝钢管相邻外侧壁之间距离的反光测量体，每个支撑座上表面的外侧均设置有可用于测量其到无缝钢管相邻内侧壁之间距离的超声波测量体，所述的两个反光测量体之间的距离为l，所述的两个超声波测量体之间的距离为l。

申请号为201010202983.9的发明专利“圆度测量设备”，其包括：旋转台，被测量物体被装载于该旋转台上；接触型触针，该接触型触针被构造成倾斜地接触被测量物体的基本上圆形的被测量表面；保持 件，该保持件被构造成在预定行程范围内保持所述触针，使得所述触针的倾斜角可变；位移探测器，该位移探测器被构造成探测所述触针的倾斜角的位移，该位移是由触针和被测量表面之间的接触所造成；以及控制器，该控制器被构造成:基于位移探测器的输出估计触针顶端的位置；以及将该位置的最佳行程范围指示给保持件。

申请号为201410644280.x的发明专利申请“一种圆柱度的三截面测量方法”，其包括以下步骤：(1)在待测量的圆柱体工件的侧面选取3个横截面设置3个传感器组；(2)三截面的半径差；(3)轴线直线度误差；(4)圆柱度。通过上述方式，本发明圆柱度的三截面测量方法具有设计优化、方法新颖、性能稳定、无需定位、操作方便、精密准确、效率提高、适用于生产线的测量装置等优点，在圆柱度的三截面测量方法的普及上有着广泛的市场前景。

可见，现有技术的方案均不能实现对圆棒材内或外径参数、圆度参数和圆柱度参数的便携测量或一次性测量完全的方法和装备。

技术实现要素：

为此本发明提供了一种圆棒材参数的测量装置，包括：小车，其具有平台和安装在所述平台底部的位置对称的四个滚轮，所述四个滚轮的半径均为r1，所述小车构造为当其放置在水平的平面上时所述四个滚轮均与所述平面接触并且所述平台水平；角度传感器，其设置在所述平台上，用于测量所述平台相对于水平面的夹角；编码器，其设置在所述滚轮的转轴上，用于记录所述滚轮转动的圈数。

本发明还提供了一种圆棒材参数的测量装置，包括：小车，其具有平台和安装在所述平台底部的位置对称的四个滚轮，所述四个滚轮 的半径均为r1，所述小车构造为当其放置在水平的平面上时所述四个滚轮均与所述平面接触并且所述平台水平；转轮，其半径r2小于所述滚轮的半径r1，所述转轮与一个所述滚轮相接触，并能够在该滚轮的带动下同步转动，所述转轮与该滚轮的线速度相同；角度传感器，其设置在所述平台上，用于测量所述平台相对于水平面的夹角；编码器，其设置在所述转轮的转轴上，用于记录所述转轮转动的圈数。

进一步地，所述角度传感器包括正交设置的第一和第二角度传感器，所述第一角度传感器沿所述小车的左右方向设置，所述第二角度传感器沿所述小车的前后方向设置。

进一步地，所述滚轮的半径r1满足其中，d为所述小车的前滚轮和后滚轮的中心的距离，d为所述圆棒材的直径。

进一步地，还包括两个手柄，设置在所述平台的顶面，分别位于所述小车的左部和右部。

另一方面，本发明还提供了一种基于上述圆棒材参数的测量装置的圆棒材参数的测量方法，包括如下的所述圆棒材的半径的测量过程：将所述圆棒材放置为使其中心线水平的状态；将所述测量装置放置在所述圆棒材上，所述小车的左右方向与所述圆棒材的轴向重合；推动所述小车沿所述圆棒材的周向行进一定的距离，同时对所述小车施加一定的沿所述圆棒材的径向的压力以使得所述滚轮与所述圆棒材的表面之间无滑动；记录所述小车行进开始时所述角度传感器测量的所述平台与水平面的夹角θt-1、以及所述小车行进结束时所述角度传感器测 量的所述平台与水平面的夹角θt；根据公式计算所述圆棒材在所述测量装置放置处的半径rt，其中，n为在所述小车行进过程中所述编码器输出的脉冲的个数，n为所述编码器旋转一周其输出的脉冲的个数。

另外，本发明还提供了一种基于上述的圆棒材参数的测量装置的圆棒材参数的测量方法，包括如下的所述圆棒材的半径的测量过程：将所述圆棒材放置为使其中心线水平的状态；将所述测量装置放置在所述圆棒材上，所述小车的左右方向与所述圆棒材的轴向重合；推动所述小车沿所述圆棒材的周向行进一定的距离，同时对所述小车施加一定的沿所述圆棒材的径向的压力以使得所述滚轮与所述圆棒材的表面之间无滑动；记录所述小车行进开始时所述角度传感器测量的所述平台与水平面的夹角θt-1、以及所述小车行进结束时所述角度传感器测量的所述平台与水平面的夹角θt；根据公式计算所述圆棒材在所述测量装置放置处的半径rt，其中，n为在所述小车行进过程中所述编码器输出的脉冲的个数，n为所述编码器旋转一周其输出的脉冲的个数。

此外，本发明还提供了一种基于上述的圆棒材参数的测量装置的圆棒材参数的测量方法，包括所述圆棒材的中心线与水平线的夹角的测量过程：将所述圆棒材放置为使其中心线水平的状态；将所述测量装置放置在所述圆棒材上，所述小车的左右方向与所述圆棒材的轴向重合；推动所述小车沿所述圆棒材的周向行进一定的距离，同时对所述小车施加一定的沿所述圆棒材的径向的压力以使得所述滚轮与所述 圆棒材的表面之间无滑动；所述第一角度传感器输出的角度α为所述圆棒材的中心线与水平线的夹角。

本发明的圆棒材参数的测量装置和方法能够容易地测得圆棒材的半径、圆度、圆柱度、中心线角度等参数，提高了测量人员工作效率的同时，还提高了测量结果的准确性。

附图说明

图1为本发明的圆棒材参数的测量装置的正视图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为本发明的圆棒材参数的测量装置的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的圆棒材参数的测量装置及方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

本申请文件中所称的前后方向指小车的滚轮无偏转角度时小车的行进方向，左右方向指与前后方向垂直的方向。

实施例1

在该实施例中，本发明的圆棒材参数的测量装置的如图1～3所示。其包括小车、角度传感器、以及编码器。其中，小车具有平台2和安装在平台2的底部的位置对称的四个滚轮5，这四个滚轮5的半径均为r1。该小车构造为：当其放置在水平的平面上时，四个滚轮5均与该平 面接触并且平台2能够保持水平。角度传感器设置在平台2上，用于测量平台2相对于水平面的夹角θ。编码器设置在滚轮5的转轴上，用于记录滚轮5的转动圈数。

在滚轮5转动的过程中，由于编码器设置在滚轮5的转轴上，其与滚轮5转动的角速度相同，因此，其转动的圈数就是滚轮5转动的圈数。编码器是通过其转动时输出的脉冲的个数来记录滚轮5转动的圈数的。例如，编码器旋转一周其输出的脉冲的个数为n，在滚轮5转动的过程中其输出的脉冲的个数为n，则滚轮5转动的圈数为

用该实施例提供的圆棒材参数的测量装置来测量圆棒材的半径的方法如下：

参照图4，将圆棒材放置为使其中心线水平的状态；

将该测量装置放置在圆棒材上，使得小车的左右方向与圆棒材的轴向重合；

推动小车沿圆棒材的周向行进一定的距离，该距离需使得开始和结束时角度传感器测得的夹角θ的值不同并且需使得编码器输出的脉冲数有变化，同时对小车施加一定的沿圆棒材的径向的压力，该压力需使得滚轮与圆棒材的表面之间无滑动，即滚轮在圆棒材的周向纯滚动；

记录小车行进开始时角度传感器测量的平台与水平面的夹角θt-1、以及小车行进结束时角度传感器测量的平台与水平面的夹角θt；

根据公式计算圆棒材在测量装置放置处的半径rt，其中，r1为滚轮的半径，n为在小车行进过程中编码器输出的脉冲的个数，n为编码器旋转一周其输出的脉冲的个数。

使用该实施例提供的圆棒材参数的测量装置，还可以用来测量圆棒材的圆度，方法如下：

在圆棒材的圆周上选取t个位置，对其中的每个位置均执行上述方法来测量半径，得到圆棒材的圆周的半径的集合{r1,r2,...,rt}；

计算每个位置的半径rt与半径平均值rmean的误差et＝rt-rmean，从而得到圆棒材的圆度{e1,e2,...,et}，其中，半径平均值

同样地，使用该实施例提供的圆棒材参数的测量装置，还可以用来测量圆棒材的圆柱度，方法如下：

使用上述方法先测得圆棒材的圆度{e1,e2,...,et}；

将圆度除以2，得到圆棒材的圆柱度{e'1,e'2,...,e't}，其中

可以看出，使用本发明的圆棒材参数的测量装置和方法，能够容易地测得圆棒材的半径、圆度、圆柱度、中心线角度等参数，其测量方便，操作简单，提高了测量人员工作效率的同时，还提高了测量结果的准确性。

实施例2

在该实施例中，仅针对本实施例与实施例1不同之处作详细描述，相同之处简要概括。

为了提高圆棒材参数的测量装置的精度，在该实施例中，本发明的圆棒材参数的测量装置的如图1～3所示。其包括小车、转轮3、角度传感器、以及编码器。其中，小车和角度传感器的设置、结构和功能与实施例1中的相同，此处不做重复描述。

转轮3的半径r2小于滚轮5的半径r1，并且，转轮3与其中一个滚轮5相接触，并能够在该滚轮5的带动下同步转动，即转轮3与滚轮5的线速度相同。

编码器设置在转轮3的转轴上，其与转轮3的角速度相同，用于记录转轮3转动的圈数。该编码器记录转轮3转动的圈数的原理与实施例1中编码器记录滚轮5转动的圈数的原理相同，此处不再赘述。

使用该实施例提供的圆棒材参数的测量装置来测量圆棒材的半径的方法如下：

参照图4，将圆棒材放置为使其中心线水平的状态；

将该测量装置放置在圆棒材上，使得小车的左右方向与圆棒材的轴向重合；

推动小车沿圆棒材的周向行进一定的距离，该距离需使得开始和结束时角度传感器测得的夹角θ的值不同并且需使得编码器输出的脉冲数有变化，同时对小车施加一定的沿圆棒材的径向的压力，该压力需使得滚轮与圆棒材的表面之间无滑动，即滚轮在圆棒材的周向纯滚动；

记录小车行进开始时角度传感器测量的平台与水平面的夹角θt-1、以及小车行进结束时角度传感器测量的平台与水平面的夹角θt；

根据公式计算圆棒材在测量装置放置处的半径rt，其中，r2为转轮的半径，n为在小车行进过程中编码器输出的脉冲的个数，n为编码器旋转一周其输出的脉冲的个数。

使用该实施例中的测量装置测量圆度和圆柱度的方法与实施例1中的相同，此处不再赘述。

实施例2中的测量装置的测量精度高于实施例1中的测量装置，原因在于：

1)在该实施例中，设置了一个半径小于滚轮并与滚轮线速度相同的转轮，图4所示转轮的半径远小于滚轮的半径，用编码器记录该小半径的转轮的转动圈数，使得在滚轮转动角度很小的时候也能够通过编码器输出的脉冲个数精确地记录转轮转动的圈数，进一步使得脉冲间隔时间内对应的圆棒材的周向的距离大大减小，从而极大地提高了半径的测量精度；

2)此外，在实施例1、2中，均要求小车行进的距离需要使得编码器输出的脉冲数有变化，那么在用实施例1中的装置测量时，其小车行进的距离，需要比在用实施例2中的装置测量时小车行进的距离长，在滚轮与转轮半径相差很大时甚至长很多，因此，在测量整个圆棒材的圆周上各点的半径时，实施例1中能够测量的位置就少于甚至远少于实施例2中能够测量的位置，使得对整个圆棒材的半径集合、圆度、圆柱度的测量精度大幅提高。

实施例3

如图2所示，在该实施例中，本发明的圆棒材参数的测量装置，除了包括实施例1、2中所述的部件之外，角度传感器包括正交设置的第一和第二角度传感器6、7，第一角度传感器6沿小车的左右方向设置用于测量平台2沿小车的左右方向与水平面的倾角α，第二角度传感器7沿小车的前后方向设置用于测量平台2沿小车的前后方向与水平面的倾角β。

该实施例中的圆棒材参数的测量装置除了具有实施例1、2中的测量功能外，还能够测量圆棒材的中心线与水平线的夹角，具体方法如下：

如图4所示，将圆棒材放置为使其中心线水平的状态；

将测量装置放置在圆棒材上，使得小车的左右方向与圆棒材的轴向重合；

推动小车沿圆棒材的周向行进一定的距离，同时对小车施加一定的沿圆棒材的径向的压力以使得滚轮与圆棒材的表面之间无滑动；

第一角度传感器输出的角度α即为圆棒材的中心线与水平线的夹角。

实施例4

为了使得本发明的圆棒材参数的测量装置更好操作，如图1～3所示，在本实施例中，该测量装置还包括两个手柄1，设置在平台2的顶面，分别位于小车的左部和右部，形状适合抓握即可。

如此，操作时，测量人员双手抓握手柄1，以便于测量人员对小车施加一定的沿圆棒材的径向的压力，以及便于测量人员推动小车沿圆棒材的周向行进，从而使得测量过程更加稳定，不易出现小车滑脱等状况。

在上述各个实施例中，为了使得测量能够完成，在设计本发明的圆棒材参数的测量装置时，需要考虑滚轮的半径r1以及前滚轮和后滚轮的中心的距离d的尺寸，使得满足其中d为所述圆棒材的直径。

此外，为了实现自动化测量，可以在本发明的圆棒材参数的测量装置中设置处理器，例如单片机等，将上述测量过程的记录、计算等处理功能通过该处理器来实现，并将测量结果直接传输到上位机，从而节省测量人员的记录、计算等工作，进一步提高了工作效率。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。