[发明专利]气缸套内径高精度大范围自动测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种气缸套内径高精度大范围自动测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)构建气缸内径高精度大范围自动测量装置，装置包括三爪式底座，即包含第一底座、第二底座和第三底座，在三爪式底座的中心设有圆形凸台，第一底座、第二底座和第三底座沿圆形凸台周向分布，第一底座、第二底座和第三底座上均安装有内板和外板，在内板和外板之间设有平行分布的光轴和丝杠，丝杠通过轴承安装在外板和内板之间，光轴和丝杠均穿过L型连接件，L型连接件包含垂直分布的短边和长边，短边穿过光轴和丝杠，所述三个内板形成的空间内安装有传动轴，传动轴与电机连接，传动轴下端与主动锥齿轮连接，主动锥齿轮与三个从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮与丝杠连接，在短边上固定安装有丝杠螺母，丝杠螺母套在丝杠上，在长边上安装有测量距离的涡电流传感器，在短边上安装有测量位移的磁栅尺读头，在三爪式底座上安装有磁尺；

(2)涡电流传感器初始位置标定，具体为：

本装置中一共使用了三个涡电流传感器，每个涡电流传感器的初始位置均需进行标定，涡电流传感器的初始位置即为涡电流传感器伸出长度最短位置，将涡电流传感器移动到初始位置，同时将三个磁栅尺读头读取数值归零，随后将本装置以检测姿态放置入三坐标测量仪中，检测姿态即为圆形凸台向上姿态，由于三个涡电流传感器分处于三爪式底座的三个矩形平台上，三个矩形平台即为第一底座、第二底座和第三底座，选择三个矩形平台中的一个矩形平台定义为K₁，由此顺时针方向依次定义其余两矩形平台为K₂、K₃；

涡电流传感器初始位置标定：在三坐标测量仪中选择一个标定用竖直平面并调整其相对于本装置的相对位置，其中将K₁矩形平台上与涡电流检测头检测面平行的面定义为F₁面，K₁矩形平台中涡电流传感器检测点与三爪式底座中圆形凸台的圆心的理论连线与F₁面垂直，将标定用竖直平面中的定位用表面紧密贴合于F₁面使用三坐标测量仪测量三爪式底座中圆形凸台圆周的3个点，分别记为Z₁₁(a₁₁，b₁₁)、Z₁₂(a₁₂，b₁₂)、Z₁₃(a₁₃，b₁₃)，由于不在同一条直线上的3个点确定一个圆，进而计算出三爪式底座中圆形凸台的圆心坐标，记为O₁(a_q1，b_q1)，使用三坐标测量装置测量标定用竖直平面中标定用表面上水平分布的两个点F₁’、F₁″，将这两点与O₁在同一平面中进行计算，过O₁做与这两点连线相垂直的直线，进而可以计算出两直线的交点记为P₁(a_p1，b_p1)，已知点O₁与点P₁坐标，根据平面内两点间距离公式进而计算出O₁P₁长度，此处O₁P₁长度即为圆形凸台中轴线与标定用竖直平面之间的距离；

启动电机，驱动涡电流传感器向靠近标定用竖直平面方向移动，直至涡电流传感器读取数值在涡电流传感器测量范围中间位置左右，电机停止，此时读取K₁矩形平台上涡电流传感器读取数值记为D₁，读取K₁矩形平台上磁栅尺读头数值记为B₁；驱动三坐标测量仪中的夹紧装置，使本装置绕圆形凸台中轴线旋转，旋转120°后停止，此时K₂矩形平台中涡电流传感器检测点与三爪式底座中圆形凸台的圆心的理论连线和标定用竖直平面法线相平行，读取K₂矩形平台上涡电流传感器读取数值记为D₂，读取K₂矩形平台上磁栅尺读头数值记为B₂；驱动三坐标测量仪中的夹紧装置，使本装置绕圆形凸台中轴线旋转，旋转120°后停止，此时K₃矩形平台中涡电流传感器检测点与三爪式底座中圆形凸台的圆心的理论连线和标定用竖直平面法线相平行，读取K₃矩形平台上涡电流传感器读取数值记为D₃，读取K₃矩形平台上磁栅尺读头数值记为B₃；

记K₁矩形平台中涡电流传感器初始位置为点Z₂₁，涡电流传感器读取数值在涡电流传感器测量范围中间位置左右停止时涡电流传感器所在位置为点Z₃₁；记K₂矩形平台中涡电流传感器初始位置为点Z₂₂，涡电流传感器读取数值在涡电流传感器测量范围中间位置左右停止时涡电流传感器所在位置为点Z₃₂；记K₃矩形平台中涡电流传感器初始位置为点Z₂₃，涡电流传感器读取数值在涡电流传感器测量范围中间位置左右停止时涡电流传感器所在位置为点Z₃₃，则Z₂₁Z₃₁长度等于B₁，Z₃₁P₁长度等于D₁；Z₂₂Z₃₂长度等于B₂，Z₃₂P₁长度等于D₂；Z₂₃Z₃₃长度等于B₃，Z₃₃P₁长度等于D₃，由此计算出K₁矩形平台中涡电流传感器初始位置S₁，即为O₁Z₂₁；计算出K₂矩形平台中涡电流传感器初始位置S₂，即为O₁Z₂₂；计算出K₃矩形平台中涡电流传感器初始位置S₃，即为O₁Z₂₃，如下式所示：

S₁＝O₁Z₂₁＝O₁P₁-Z₂₁Z₃₁-Z₃₁P₁

S₂＝O₁Z₂₂＝O₁P₁-Z₂₂Z₃₂-Z₃₂P₁

S₃＝O₁Z₂₃＝O₁P₁-Z₂₃Z₃₃-Z₃₃P₁

由此标定出涡电流传感器初始位置分别为S₁、S₂、S₃；

(3)检测气缸套内径

在检测量程范围内的气缸套时，通过动力机构调节涡电流传感器回到初始位置，随后将磁性底座的吸附端吸附到三爪式底座底部的圆形凸台上，将磁性底座的固定端安装到刀具架上，通过机床程序控制调节本装置位置，使其到达气缸套理论轴线上，调节涡电流传感器位置使其与气缸套内壁的距离处于涡电流传感器检测范围内，接着控制整体装置下降到气缸套内部需要进行测量内径的高度，开启电机调节涡电流传感器位置，直至涡电流传感器度数开始变化后停止，实时测量气缸套内径尺寸，可分别获得三个涡电流传感器的读值D₁,D₂,D₃与三个磁栅尺读头的读值B₁,B₂,B₃；

(4)气缸套内径计算

三个矩形平台中涡电流传感器检测点与三爪式底座中圆形凸台的圆心的理论连线和气缸套内壁的三个交点，分别记为点P₁、P₂、P₃，将三爪式底座中圆形凸台的圆心O作为原点，OP₁连线作为X轴，过原点垂直于OP₁连线向右的直线定义为Y轴，根据各矩形平台涡电流传感器初始位置标定值S₁、S₂、S₃可以计算出三个光点P₁、P₂、P₃到原点的长度OP₁、OP₂、OP₃，由于OP₁、OP₂、OP₃三条直线呈120°均匀分布且均经过原点，进而可以计算出三个光点的坐标值P₁(a₁，b₁)，P₂(a₂，b₂)，P₁(a₃，b₃)，其中：

a₁＝OP₁，b₁＝0

(5)已知圆边缘上的三个点，可以计算出圆的半径，进而计算出此处气缸套内径的大小，随着整体测量装置的移动，可测得不同深度的直径。