[發明專利]彎管內壁幾何參數測量裝置及測量方法

無效

• 申請號: 201010185427.5
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101852582A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 李占賢;張進;孟憲舉;李少峰;安福波
• 申請（專利權）人: 河北理工大學
• 主分類號: G01B5/12
• 分類號: G01B5/12;G01B5/08
• 代理公司: 唐山永和專利商標事務所 13103
• 代理人: 王永紅

1.一種彎管內壁幾何參數測量裝置，包括：機座(21)、測量轉臺(20)、橫向導軌(19)、縱向導軌(8)、立柱(3)、測量臂(10)、測座和測針、伺服電機，被測彎管放置在測量轉臺(20)上，其特征在于：所述的縱向導軌(8)與橫向導軌(19)相互垂直固定安裝在基座上，該橫向導軌上安裝有沿橫向導軌(19)左右移動的測量轉臺(20)，橫向導軌伺服電機(17)與橫向導軌(19)固接；縱向導軌(8)上安裝有沿縱向導軌前后移動的立柱(3)，立柱(3)上固定安裝有垂直導軌(6)，垂直導軌(6)上安裝有沿垂直導軌(6)上下移動的滑座(5)，垂直導軌伺服電機(1)與垂直導軌(6)固接；所述的測量臂(10)的一端與滑座(5)固定連接，另一端安裝有繞測量臂(10)旋轉的腕部(11)，腕部(11)固定安裝有測座(13)，測座(13)內部固定安裝有力傳感器，該力傳感器外接測針(14)，測針(14)末端固定安裝有測針球頭(15)；所述滑座(5)的另一端與測量臂伺服電機(4)固接。

2.據權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置，其特征在于，橫向導軌伺服電機(17)的輸出軸與絲杠(18)同軸連接，絲杠(18)與測量轉臺(20)螺母配合。

3.根據權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置，其特征在于，所述的縱向導軌伺服電機(9)的輸出軸與縱向絲杠(7)同軸連接，縱向絲杠(7)與立柱(3)螺母配合。

4.根據權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置，其特征在于，所述的垂直導軌伺服電機(1)的輸出軸與垂直絲杠(2)同軸連接，垂直絲杠(2)與滑座(5)螺母配合。

5.根據權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置，其特征在于，所述的測量臂(10)為中空圓柱結構，內部設有傳動軸，傳動軸一端與伺服電機(4)輸出軸連接，另一端與腕部(11)連接，伺服電機(4)通過該傳動軸帶動腕部(11)繞測量臂(10)中心軸線旋轉。

6.根據權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置，其特征在于，所述的腕部設有一個與測量臂中心軸線垂直的轉軸，該轉軸由鎖緊機構固定。

7.一種用權利要求1所述的彎管內壁幾何參數測量裝置測量彎管內徑和彎曲半徑的方法，其特征在于：所述的彎管內壁幾何參數測量方法按測量先后順序包括：確定彎管中心線平面、測量彎曲半徑和測量彎管內徑過程，其方法是：

a、確定彎管中心線平面過程：首先將待測彎管(16)平放在測量轉臺(20)上并固定，移動、旋轉測量轉臺(20)，并調整測針(14)與彎管(16)相對位置，使得測針球頭(15)伸入彎管(16)內部，然后保持測量轉臺(20)不動，控制測針球頭(15)移動測量彎管內壁點，尋找到球頭球心坐標值的最高點和最低點；計算最高點和最低點球頭球心坐標的平均值，該點為彎管中心線上一點；移動、轉動測量轉臺(20)，改變彎管(16)與測針球頭(15)的左右相對位置，然后保持測量轉臺(20)不動，重復上述測量過程，取得彎管中心線上另一點；如此重復測量，得到彎管中心線上三點以上的空間坐標后，采用平面擬合算法計算出中心線所在平面即中心平面；

b、測量彎曲半徑過程：調整測針與彎管的相對位置，使得測針球頭(15)球心初始位置位于彎管(16)內部且在步驟a中確定的中心平面內，控制測針(14)向彎管(16)內壁的內側運動并保持測針球頭(15)球心在中心平面內，當測針球頭(15)與內壁接觸時，計算球頭球心的空間坐標并記錄；改變測針球頭(15)初始位置，重復上述過程，取得測針球頭(15)在中心平面內與彎管內壁內側接觸時球心的3個以上不同點空間坐標，用圓弧擬合算法計算出這些點所在的圓弧，得到內側圓弧半徑R1和圓心；按照上述操作過程取得球頭在中心平面內與彎管內壁外側接觸時球心所在的圓弧，得到外側圓弧半徑R2和圓心，計算內側圓弧與外側圓弧的半徑均值為彎管中心線的半徑R，即彎管旋轉半徑，計算內側圓弧與外側圓弧的圓心坐標均值為彎管旋轉中心的空間坐標值；

c、測量彎管內徑過程：調整測針(14)與彎管(16)的相對位置，使得測針球頭(15)球心初始位置位于彎管內部，保持測針球頭(15)球心在過彎管旋轉中心并與中心平面垂直的測量平面內，向彎管內壁運動，當球頭(14)與內壁接觸時，計算測針球頭(15)球心的空間坐標并記錄；重復上述過程，取得測針球頭(15)在上述測量平面內與彎管內壁接觸時球心的3個以上不同點空間坐標，用圓擬合算法計算出這些點所在的圓，該圓的直徑與測針球頭直徑之和為彎管在該測量平面內的內徑；改變測針球頭(15)球心初始點位置和測量平面，重復上述測量過程，得到多個測量平面內彎管內徑；計算這些內徑的均值得到的結果即為彎管內徑。