[发明专利]一种基准尺法大直径测量π尺装置及测量方法

说明书

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。 

技术背景

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π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π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π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π尺由于热胀冷缩，较长的π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匀一致，也不能保证π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π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、E、F、G、H、I、J、K、L组成。初始测量单元A总长度为1m，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A1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a12，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 B1的左端面有梯形定位块b1，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a12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；2)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；3)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；5)该装置制造成本低，在同类产品中具有很高的推广价值。 

附图说明：

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。