一种激光内径测量仪的制作方法

本发明涉及内径测量领域，具体涉及一种激光内径测量仪。

背景技术：

传统的内径检测采用通规止规，无法量化测量数值；内径测量采用的游标卡尺或内径千分尺也仅限于孔口内径测量；对于内径百分表或千分表的接触式测量，需要先轴向摇晃测量找到轴向最小值，再圆周方向晃动找到径向最大值，测量过程繁琐，测量值因个人经验而测量值不唯一；另一方面，这些都为接触式测量，接触式测量过程中容易对高精度加工工件表面造成划痕，从而损伤工件。

长期以来，内径是孔测量中的一项重要测量参数，国内外学者对内径测量进行了大量的研究。目前，对中小尺寸的内径测量技术日趋完善，但是大尺寸的内径测量，特别是大型工件内外径的测量技术发展却毫无进展。许多大型加工现场的大尺寸内径测量工作仍采用大型内径千分尺等接触式测量方法。这种方法测量效率低、测量参数少、测量可重复性差、稳定性不高，易受环境和操作人员的影响。多普勒效应法、激光干涉仪、激光杠杆法等非接触式测量的精度很高，但由于现场环境原因，不适合大型工件的现场测量。而且上述方法都不适宜进行纵深测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种激光内径测量仪，本发明采用高精度激光测量，测量精度高，且不直接接触，测量过程对工件无损伤。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种激光内径测量仪，包括手柄、主杆、旋转支杆、测量环、球铰，其特征在于：所述的手柄与主杆连接；所述的旋转支杆设有转环、横杆、支杆；所述的转环固定于主杆中部；所述的主杆中部内设有旋转电机；所述的支杆内设有升降柱；所述的升降柱上设有连接球头；所述的主杆顶端设有主球；所述的主球为高精度光滑圆球；所述的测量环设有外环与内环；所述的外环与内环通过连杆连接；所述的连杆下部设有球槽；所述的内环内表面与主球同心且紧密配合；所述的连杆与升降柱通过球铰连接；所述的球铰上端设有球，下端设有球铰槽；所述的球与球槽紧密配合，所述的球铰槽与连接球头紧密配合；所述的测量环上还设有激光测距仪；所述的激光测距仪位于外环上，所述的激光测距仪数量为3个；所述的手柄内设有电源与控制芯片；所述的控制芯片与激光测距仪、升降柱、旋转电机连接；所述的控制芯片控制升降柱升降、控制旋转电机带动转环转动、控制激光测距仪记录测量值并计算。

进一步的，所述的手柄一面设有控制键，另一面设有显示屏；所述的控制键、显示屏与控制芯片连接。

进一步的，所述的三个激光测距仪呈等腰直角三角形分布；所述的外环半径值为r；三个激光测距仪测量被测物n次所测得的n组值分别为{L1_i、L2_i、L3_i}_{i＝1，2……n.}；则被测物内径值R′＝min{(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)((L2_i+r)+(L3_i+r)))/√((√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r))(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)-((L2_i+r)+(L3_i+r)))(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r)-√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2))(√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r)-√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)))}，i＝1，2......n；旋转测量环角度多次测量被测物得到R′_p(_{p＝1，2……k})，对R′_p(_{p＝1，2……k})做几何均值，得到最终的被测物内径值R。

进一步的，所述的三个激光测距仪呈等边三角形分布。

进一步的，所述的横杆、支杆、升降柱、球铰数量一致，数量为2个以上。

进一步的，所述的控制芯片内设有存储器，所述的存储器存储所述的内径值R；所述的显示屏显示存储器中的内径值R。

进一步的，所述的升降柱的数量为3个，其中一个所述的升降柱内设有直线电机，带有所述直线电机的升降柱为主动件，其余两个升降柱为从动件。

进一步的，所述的一种激光内径测量仪还包括辅助支座，所述的辅助支座夹持手柄。

本发明的有益效果是：本发明提供一种激光内径测量仪，采用非接触式激光测量，通过翻转测量环连续测量，三个激光测头测量工件内壁得到三点距离组，解出各三点距离组对应的测量截平面内径值，比较解出内径中的最小值，即为工件径向平面内径值；本测量仪测量精度高，操作过程简便，有效消除传统接触式测量带来的人为误差，为工件深孔测量提供一种快速而精准的测量工具及方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的一种激光内径测量仪装配立体示意图；

图2是本发明的一种激光内径测量仪上部立体示意图；

图3是本发明的一种激光内径测量仪测量环立体示意图；

图4是本发明的球铰立体示意图；

图5是本发明的一种激光内径测量仪局部立体示意图1；

图6是本发明的一种激光内径测量仪局部立体示意图2；

图7是本发明的一种激光内径测量仪测量应用示意图；

图8是本发明的一种激光内径测量仪测量原理示意图1；

图9是本发明的一种激光内径测量仪测量原理示意图2；

图10是本发明的一种激光内径测量仪测量原理示意图3；

图中标号说明：手柄1、主杆2、旋转支杆3、测量环4、激光测距仪5、升降柱6、球铰7、被测物8、控制键11、显示屏12、主球21、转环30、横杆31、支杆32、外环41、内环42、连杆43、球槽44、激光发射器51、测距探头52、连接球头61、球71，球铰槽72。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1-10所示，一种激光内径测量仪，包括手柄1、主杆2、旋转支杆3、测量环4、球铰7；手柄1与主杆2连接；旋转支杆3设有转环30、横杆31、支杆32；转环30固定于主杆2中部；主杆2中部内设有旋转电机；支杆32内设有升降柱6；升降柱6上设有连接球头61；主杆2顶端设有主球21；主球21为高精度光滑圆球；测量环4设有外环41与内环42；外环41与内环42通过连杆43连接；连杆43下部设有球槽44；内环42内表面与主球21同心且紧密配合；连杆43与升降柱6通过球铰7连接；球铰7上端设有球71，下端设有球铰槽72；球71与球槽44紧密配合，球铰槽72与连接球头61紧密配合；测量环4上还设有激光测距仪5；激光测距仪5位于外环41上，激光测距仪5数量为3个；手柄1内设有电源与控制芯片；控制芯片与激光测距仪5、升降柱6、旋转电机连接；控制芯片控制升降柱6升降、控制旋转电机带动转环30转动、控制激光测距仪5记录测量值并计算。如图3所示，激光测距仪5分为激光发射器51、测距探头52。

如图5、图6所示，手柄1一面设有控制键11，另一面设有显示屏12；控制键11、显示屏12与控制芯片连接。控制键11包括电源键、校准键、测量键、计算键、显示键。

进一步的，横杆31、支杆32、升降柱6、球铰7数量一致，数量为2个以上。

进一步的，控制芯片内设有存储器，所述的存储器存储所述的R值；所述的显示屏12显示存储器中的R值。

进一步的，一种激光内径测量仪还包括辅助支座，辅助支座起辅助支撑作用，辅助支座夹持手柄1，无需人工手持。

如图5、6所示，升降柱6的数量为3个，其中一个所述的升降柱6内设有直线电机，带有所述直线电机的升降柱6为主动件，其余两个升降柱6为从动件。

下面结合图8、9、10，来讨论三个激光测距仪5呈等腰直角三角形分布的情况：

如图10所示，点A、B、C分别为三个激光测距仪，即△ABC为等腰直角三角形，AB、AC为直角边，D为BC边中点，则AD⊥BC，分别延长DA、DB、DC交圆0于点E、F、G；已知外环41半径值为r，则推出DA＝DB＝DC＝r，被测物8被三个激光测距仪5测量所测得的值分别为L1、L2、L3，即AE＝L1，BF＝L2，CG＝L3，令DE＝a＝L1+r，DF＝b＝L2+r，DG＝c＝L3+r；则FG＝w＝b+c：已知△EFG，则△EFG外接圆0唯一，外接圆0内径值为被测物8内径值，利用海伦公式，可得被测物8内径值带入得R′＝(√((L1+r)^2+(L2+r)^2)√((L1+r)^2+(L3+r)^2)((L2+r)+(L3+r)))/√((√((L1+r)^2+(L2+r)^2)+√((L1+r)^2+(L3+r)^2)+(L2+r)+(L3+r))(√((L1+r)^2+(L2+r)^2)+√((L1+r)^2+(L3+r)^2)-((L2+r)+(L3+r)))(√((L1+r)^2+(L2+r)^2)+(L2+r)+(L3+r)-√((L1+r)^2+(L3+r)^2))(√((L1+r)^2+(L3+r)^2)+(L2+r)+(L3+r)-√((L1+r)^2+(L2+r)^2)))。如图8、图9可知，当三个激光测距仪形成的测量平面与被测物8呈一定夹角时，所测得的为短径为R的椭圆，当且仅当在测量平面与被测物8轴线垂直时，所测得的图形为圆，如图9所示，椭圆完全包含圆，即测量平面翻转时，R值的最小值为被测物8的内径值。即旋转测量环4被测物8被三个激光测距仪测量n次所测得的n组值分别为{L1_i、L2_i、L3_i}_{i＝1，2……n。}；则被测物内径值R′＝min{(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)((L2_i+r)+(L3_i+r)))/√((√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r))(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)-((L2_i+r)+(L3_i+r)))(√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r)-√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2))(√((L1_i+r)^2+(L3_i+r)^2)+(L2_i+r)+(L3_i+r)-√((L1_i+r)^2+(L2_i+r)^2)))}，i＝1，2......n。旋转测量环4角度多次测量被测物8得到R′_p(_{p＝1，2……k})，对R′_p(_{p＝1，2……k})做几何均值，得到最终的被测物8内径值R。

使用前先确保本激光内径测量仪电源充足；使用时，开启电源键，使用标准件或校准仪器，按下校准键对三个激光测距仪5进行校准，校准后。手握手柄1将激光内径测量仪的测量环4伸入被测物8中，测量环4的测量截平面与被测物8径向截面不易过大，按下测量键，测量环4上的激光发射器51发射激光，同时测距探头52记录下三点的距离值，同时测量环4在升降柱6的带动下开始翻转，存储器记录距离数值组，按下计算键，控制芯片算出各距离数值组对应的内径值，比较得出最小值即为本次测量的内径值R’，通过旋转转环30或更换测量位置，得到多次测量的内径值R′_p(_{p＝1,2……k})，对R′_p(_{p＝1,2……k})做几何均值，得到最终的被测物8内径值R。按下显示键，显示屏12显示最终的R值。

下面对直径100mm的标准件做测量验证试验得到以下数据：

可从以上数据可知，θ值越大，R'离R值相差越大，由于测量时保留小数点后三位有效数字，故在0°时计算值R′为50.0001mm。

进一步的，三个激光测距仪5呈等边三角形分布解法也类似等腰直角三角形解法，但根据实际情况，呈等腰直角三角形时，运算更简便，故优选三个激光测距仪5呈等腰直角三角形分布。

本发明提供一种激光内径测量仪，采用非接触式激光测量，通过翻转测量环连续测量，三个激光测头测量工件内壁得到三点距离组，解出各三点距离组对应的测量截平面内径值，比较解出内径中的最小值，即为工件径向平面内径值；本测量仪测量精度高，操作过程简便，有效消除传统接触式测量带来的人为误差，为工件深孔测量提供一种快速而精准的测量工具及方法。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。