一种用于测量圆柱状零件直径的装置及其使用方法与流程

本发明属于工业测量技术领域，尤其涉及到一种用于测量圆柱状零件直径的装置及其使用方法。

背景技术：

在机械工业中，有很多基础零件呈圆柱状，如：轴类零件、轴套类零件等，在机械设计、制造或者零件组装过程中，工人往往需要通过使用特定的工具对圆柱状零件进行测量以获取其直径数据；目前使用最为广泛地用于测量圆柱状零件直径的工具是游标卡尺，游标卡尺是通过量爪将圆柱状零件卡住，然后读取主尺和游标上的刻度数值，所读取到的数值即为圆柱状零件的直径数据，但是测量的精度不够高，而且人工读数容易发生错误，测量所消耗的时间也较多，降低了工人的工作效率。

在现有技术中，一种大尺寸轴类零件外径测量仪(申请号201110351964.7)，该装置主要由基座、张角臂、光栅定尺和套筒组成，两个张角臂和基座之间采用锥度过盈配合，基座上竖直设有套筒，套筒内竖直设有光栅定尺，光栅定尺的前端设有可伸缩移动的传感器触头，传感器触头穿过基座中心处设置在两个张角臂的中间，光栅定尺的上端设有顶块，套筒上端设有压垫及端盖；采用圆周三点触测法的间接测量法测量圆柱外径，采用固定角度的两张角臂结构，把被测工件直径的变化直接通过光栅尺触头的位移反应出来。

所述一种大尺寸轴类零件外径测量仪的测量精度较高，测量的速度也较快，但其结构较为复杂，成本较高，而且在使用时需要提前调整架设，不能快速投入使用，该测量仪较为合适专业人员使用，但难以满足普通工人在操作时对简便和速度的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术方案的上述缺陷，提供一种用于测量圆柱状零件直径的装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的主体为装置本体，所述装置本体包括微处理器、显示装置、激光发射器、电源以及光线测距传感器模块；

所述光线测距传感器模块包括第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器；

所述显示装置、光线测距传感器模块分别与所述微处理器电连接，所述微处理器、显示装置、激光发射器、光线测距传感器模块分别与所述电源电连接；

所述装置本体的一端的中央自外而内开设有凹槽，所述凹槽呈柱状；在所述凹槽中，与所述凹槽的开口相对的一面为所述凹槽的槽底，所述凹槽的开口与槽底之间的面为所述凹槽的侧壁；所述凹槽的槽底的中央设有所述激光发射器；所述凹槽的侧壁上设有彼此之间按一定的位置关系分布的所述第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器；所述装置本体的另一端内设有所述微处理器、电源、显示装置。

所述第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器彼此之间按以下的位置关系设置于所述凹槽的侧壁上，所述第一光线测距传感器和所述第三光线测距传感器发射出来的光线共线，所述第二光线测距传感器和所述第四光线测距传感器发射出来的光线共线，所述第一光线测距传感器和所述第三光线测距传感器发射出来的光线与所述第二光线测距传感器和所述第四光线测距传感器发射出来的光线在空间上呈垂直关系，且所述第一光线测距传感器和所述第三光线测距传感器发射出来的光线在与所述凹槽的中心线垂直的平面上的投影与所述第二光线测距传感器和所述第四光线测距传感器发射出来的光线在与所述凹槽的中心线垂直的平面上的投影的交叉点到所述第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器在与所述凹槽的中心线垂直的平面上的投影的距离均相等；所述第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器发射出来的光线与所述凹槽的中心线均呈垂直关系。

其中，所述光线测距传感器模块为红外测距传感器模块或者激光测距传感器模块。

其中，所述激光发射器所发射出来的光线与所述凹槽的中心线共线。

所述一种用于测量圆柱状零件直径的装置的使用方法为：在测量圆柱状零件的直径时，将圆柱状零件插入到所述凹槽内，所述第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器在分别测量到各自与圆柱状零件的表面之间的距离后把相应的数据传输到所述微处理器，所述微处理器将数据经过圆内接四边形半径计算公式的运算得出圆柱状零件的直径，并通过所述显示装置显示。

本发明的有益效果为：本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的主体为装置本体，装置本体包括微处理器、显示装置、激光发射器、电源以及光线测距传感器模块，光线测距传感器模块包括第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器；装置本体的一端的中央自外而内开设有凹槽，凹槽的槽底的中央设有激光发射器；凹槽的侧壁上设有按特定位置关系分布的第一光线测距传感器、第二光线测距传感器、第三光线测距传感器、第四光线测距传感器；在测量圆柱状零件的直径时，将圆柱状零件放入到凹槽内，通过光线测距传感器模块测量到的数据经过圆内接四边形半径计算公式的运算得到圆柱状零件的直径的大小并通过显示装置显示。通过上述结构设计和方法的使用，可以快捷的测量出圆柱状零件的直径，而不需要其它额外且繁琐的操作，同时，还能保持较高的测量精度和直观度。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的结构示意图；

图2为本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的图1中装置本体的J向结构示意图；

图3为本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的使用方法的实施方式示意图；

图4为本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的使用方法中的几何计算示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的一种用于测量圆柱状零件直径的装置的主体为装置本体1，所述装置本体1包括微处理器2、显示装置3、激光发射器5、电源6以及光线测距传感器模块7。

所述显示装置3、光线测距传感器模块7分别与所述微处理器2电连接，所述微处理器2、显示装置3、激光发射器5、光线测距传感器模块7分别与所述电源6电连接。

如图2所示，所述光线测距传感器模块7包括第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74。

所述装置本体1的一端的中央自外而内开设有凹槽4，所述凹槽4呈柱状；在所述凹槽4中，与所述凹槽4的开口相对的一面为所述凹槽4的槽底，所述凹槽4的开口与槽底之间的面为所述凹槽4的侧壁；所述凹槽4的槽底的中央设有所述激光发射器5；所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74彼此之间按一定的位置关系设置于所述凹槽4的侧壁上；所述装置本体的另一端内设有所述微处理器2、电源6、显示装置3。

所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74彼此之间按以下的位置关系设置于所述凹槽4的侧壁上，所述第一光线测距传感器71和所述第三光线测距传感器73发射出来的光线共线，所述第二光线测距传感器72和所述第四光线测距传感器74发射出来的光线共线，所述第一光线测距传感器71和所述第三光线测距传感器73发射出来的光线与所述第二光线测距传感器72和所述第四光线测距传感器74发射出来的光线在空间上呈垂直关系，且所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74所发射出来的光线均与所述凹槽4的中心线在空间上呈垂直关系，同时，所述第一光线测距传感器71和所述第三光线测距传感器73发射出来的光线在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影与所述第二光线测距传感器72和所述第四光线测距传感器74发射出来的光线在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影的交叉点到所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影的直线距离均相等；所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74发射出来的光线与所述凹槽的中心线均呈垂直关系。

所述凹槽4为圆柱状零件8的直径测量区域；所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74分别用于测量各自与圆柱状零件8的表面之间的距离；所述激光发射器5用于对圆柱状零件8在测量时进行大概的定位；所述微处理器2用于处理来自所述光线测距传感器模块7的数据；所述显示装置3用于显示圆柱状零件8的直径的数据；所述电源6为所述光线测距传感器模块7、激光发射器5、微处理器2和显示装置3供电。

优选地，所述光线测距传感器模块7为红外测距传感器模块或者激光测距传感器模块。

优选地，所述激光发射器5所发射出来的光线与所述凹槽4的中心线共线。

如图3所示，在测量圆柱状零件8的直径时，把圆柱状零件8按照一定的角度和位置伸入到所述凹槽4内，所述第一光线测距传感器71、第二光线测距传感器72、第三光线测距传感器73、第四光线测距传感器74在分别测量到各自与圆柱状零件8的表面之间的距离后把相应的数据传输到所述微处理器2，所述微处理器2经过圆内接四边形半径计算公式的运算得出圆柱状零件8的直径，并最终通过所述显示装置3显示。

在将圆柱状零件8伸入到所述凹槽4内以测量其直径时，使圆柱状零件8的轴线与所述凹槽4的中心线平行。

在将圆柱状零件8伸入到所述凹槽4内以测量其直径时，如果圆柱状零件8的直径较小，圆柱状零件8的轴线的位置偏离所述凹槽4的中心线的位置太远会造成部分或者所有的测距传感器无法检测到圆柱状零件8；在测量时，使所述激光发射器5所发射出来的光线照射在圆柱状零件8上靠近所述激光发射器5的一端的端面上以使所有的测距传感器均可检测到圆柱状零件8，即在测量圆柱状零件8的直径时，如果圆柱状零件8挡住了所述激光发射器5所发射出来的光线则可确认圆柱状零件8位于合适的测量位置，所述装置本体1可以测量出圆柱状零件8的直径；如果圆柱状零件8没有挡住所述激光发射器5所发射出来的光线则可确认圆柱状零件8位于错误的测量位置，所述装置本体1无法测量出圆柱状零件8的直径。

如图4所示，在测量圆柱状零件8的直径的过程中，所述第一光线测距传感器71的光线发射点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为G点，所述第一光线测距传感器71在圆柱状零件8上的测量点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为C点；所述第二光线测距传感器72的光线发射点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为H点，所述第二光线测距传感器72在圆柱状零件8上的测量点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为D点；所述第三光线测距传感器73的光线发射点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为E点，所述第三光线测距传感器73在圆柱状零件8上的测量点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为A点；所述第四光线测距传感器74的光线发射点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为F点，所述第四光线测距传感器74在圆柱状零件8上的测量点在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为B点；所述第一光线测距传感器71和所述第三光线测距传感器73发射出来的光线在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影与所述第二光线测距传感器72和所述第四光线测距传感器74发射出来的光线在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影的交叉点为O点；圆柱状零件8的轴线在与所述凹槽4的中心线垂直的平面上的投影为K点。

所述第一光线测距传感器71测量到的其与圆柱状零件8之间的距离的大小为CG，所述第二光线测距传感器72测量到的其与圆柱状零件8之间的距离的大小为DH，所述第三光线测距传感器73测量到的其与圆柱状零件8之间的距离的大小为AE，所述第四光线测距传感器74测量到的其与圆柱状零件8之间的距离的大小为BF。

O点与G点之间的距离的大小为OG，O点与C点之间的距离的大小为OG减去CG，O点与H点之间的距离的大小为OH，O点与D点之间的距离的大小为OH减去DH，O点与E点之间的距离的大小为OE，O点与A点之间的距离的大小为OE减去AE，O点与F点之间的距离的大小为OF，O点与B点之间的距离的大小为OF减去BF，K点与C点、D点、A点、B点之间的距离的大小分别为KC、KD、KA、KB，KC、KD、KA、KB均与圆柱状零件8的半径R的大小相同。

C点与D点之间的距离的大小为OG与CG的差的平方与OH与DH的差的平方的和的开方，D点与A点之间的距离的大小为OH与DH的差的平方与OE与AE的差的平方的和的开方，A点与B点之间的距离的大小为OE与AE的差的平方与OF与BF的差的平方的和的开方，B点与C点之间的距离的大小为OF与BF的差的平方与OG与CG的差的平方的和的开方。

所述微处理器2对所述光线测距传感器模块7传输过来的数据进行运算时所采用的圆内接四边形半径计算公式为：

其中，OG、OH、OE、OF的大小为固定且已知的，通过上述计算公式可以计算出R的值，R的值的两倍即为圆柱状零件8的直径的大小，圆柱状零件8的直径的大小会通过所述显示装置3显示出来告知使用者。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。