[发明专利]基于非接触式仿形法舱体截面周长测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型凸面结构的周长测量，采用非接触式仿形法，可以对工件进行高精度的周长测量，并且不会对工件造成损伤，特别适用于大型舱段等结构的周长测量，属于制造及精密测量技术领域。

背景技术

随着工业的发展，小型舱体类结构已经不能满足当今的生产要求。在实际工程应用中，由于其结构的复杂性、不确定性以及制造误差的存在，要求较精确地测量舱体等大型凸面结构的实际周长是比较困难的；对于一些比较精密的部件，在进行测量时，需要避免在其上产生划痕，这些要求对于传统的接触式测量方案是难以实现的。

目前，工程应用中没有针对这类问题的解决方案。传统的测量圆周长的方法采用绳子捆绕法，即将一个相对无弹性的刚性绳子绕被测圆周长一周，使其紧紧贴在被测圆周表面，将绳子的长度近似看做圆周长，由于绳子本身存在弹性，并且操作过程中很难保证绳子所围成的圆周与待测圆周长的圆心处在同一平面上，这些问题的存在导致测量结果精度只能达到毫米级，不能满足对高精度工件的测量要求；另一种比较常用的方法是接触式测量法，此方法基于齿轮啮合的方法，并且忽略测量小轮与待测工件之间的相对滑动，即将测量小轮在待测表面滚动，测量小轮半径已知，通过计算小轮所转过的圈数，即可得到待测工件的周长，此测量方法由于采用接触式方法，会在待测工件表面产生划痕，不能用于高精密件的测量，测量小轮与工件之间不可能做到无相对滑动，所以会产生测量误差。

因此，找到一种能够精确地、无划痕的测量凸面结构周长的装置是非常有意义的。

发明内容

本装置采用非接触式位移传感器测量大直径舱段的截面周长，待测量的截面可以是舱段内的任意截面，也可以是两舱段配合部分法兰的圆面。由于采用非接触式传感器，整个测量过程当中，对被测工件没有任何接触式的划伤；并将测量结果放在已知坐标系中进行定量处理，精度比传统测量方法高一个数量级，其具有良好的工程实用性。

本装置技术内容如下：

基于非接触式仿形法舱体截面周长测量装置，其特征在于：其包括运行装置和数据采集分析处理装置；所述的运行装置由待测件系统、基准坐标电机系统、随动摇杆系统组成；

待测件系统中的待测件机架起到稳固放置待测件的作用，待测件机架上部采用能够与待测件配合的半圆形结构；

基准坐标电机系统为随动摇杆系统提供动力支持，并且提供位置基准；基准电机带动随动摇杆系统绕待测件周向转动，同时给随动摇杆系统提供已知的测量坐标系；机座起到稳固基准电机的作用，在机座的中部位置设有加强肋板，机座与待测件机架的位置通过激光跟踪仪进行标定，使二者基准坐标相一致，以保证测量系统坐标的精度；

所述的随动摇杆系统主要包括位移传感器、摇杆臂、滚珠丝杠、滑块、随动伺服电机、配重；

所述的随动摇杆系统中的位移传感器是此测量装置的直接检测元件，其安装在摇杆臂的顶部，直接检测待测件的位置，并且设定位移传感器与待测件保持恒定的距离，通过随动摇杆系统中摇杆臂的转动，实现对待测件圆周上每一点的坐标采集；

所述随动摇杆系统的摇杆臂是随动摇杆系统的支撑骨架，其呈“Z”形，与基准电机的输出轴直接相连，基准电机带动摇杆臂转动，位移传感器、滚珠丝杠、随动伺服电机、配重均置于摇杆臂上；在“Z”形的两端分别布置有位移传感器和配重，在“Z”形中间布置有竖向的滚珠丝杠和随动伺服电机，随动伺服电机驱动滚珠丝杠，使得滑块沿着滚珠丝杠在竖直方向移动，位移传感器安装在滑块上；

所述随动摇杆系统的滚珠丝杠是实现位移传感器的随动功能元件，位移传感器与待测件之间保持恒定的距离，位移传感器安装方向与摇杆臂的法向速度方向相同；

所述的随动伺服电机是保证位移传感器与待测件保持恒定距离的动力元件；其安装在滚珠丝杠的顶端，与滚珠丝杠的方向保持一致；

数据采集分析处理系统包括信号变送器、模数转换器、运动控制器、数模转换器；

其中，位移传感器与待测件之间的距离固定，将位移传感器检测到的信号传送至信号变送器，经过放大、去噪处理，将此模拟信号传送至模数转换器，将信号的模拟量转换为数字量，传送到运动控制器，运动控制器根据预先设定值进行比对，发出的运动信号传送至数模转换器，将数字信号转换成模拟信号，传送至随动伺服电机，随动伺服电机根据接到的信号做出动作驱动滑块运动，采集到待测圆周上一个点的位置坐标，摇杆臂绕待测件的轴向转动，位移传感器移动到待测件上的另外一点，同样的方式，采集到待测圆周上每一点的位置坐标，将采集的点的坐标进行拟合周长、补偿偏置，可计算出被测件周长。