[發(fā)明專利]實現高精度多參數內徑自動測量機構和方法

有效

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• 申請日: 2010-11-25
• 公開（公告）號: CN102042811A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 曲興華;邢書劍;王寶光;門大春;楊福林;孫春生;張福民;趙陽;趙士磊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/12
• 分類號: G01B11/12;G01B11/26
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

1.一種實現高精度多參數內徑自動測量系統，其特征在于它包括：自動運載機構、高精度內徑同軸自動定位機構、傳感器自動掃描機構、系統測量裝置、系統控制裝置與光學傾斜測角機構。

2.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的自動運載機構包括機構本體、運載驅動電機、定位支撐臂及行走輪；機構本體為自動運載機構起著固定、支撐其他功能單元的作用，四個行走輪分別裝在機構本體底部的四個定位支撐臂上，通過螺紋及導向槽固定，行走輪在定位支撐臂上的位置可調，其中后兩個行走輪為主動輪，由運載驅動電機提供動力驅動機構本體運動；前兩個行走輪為從動輪。

3.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的輔助導向機構包括輔助導向輪、輔助支撐臂及彈簧。輔助支撐臂固定于機構本體中心軸，輔助導向輪在彈簧彈力的作用下保持與測量管道內壁接觸，防止機構傾倒與爬行。

4.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的高精度內徑同軸自動定位機構包括前、后兩個高精度定位圓錐體，精密定位中心軸，前、后定位支撐臂，定位支撐臂套，彈性機構、精密絲杠、高精度定位滾輪及定位驅動電機；前高精度定位圓錐體套在精密定位中心軸上，可在軸上滑動，通過彈性機構與精密定位中心軸中部的軸頸相連；后定位圓錐體固定于精密定位中心軸上，前、后兩個定位面的六個定位支撐臂位于定位支撐臂套內并通過高精度定位滾輪與前、后高精度定位圓錐體連接；定位驅動電機通過精密絲杠驅動機構定位。

5.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的傳感器自動掃描機構包括掃描驅動電機、掃描驅動電機輸出齒輪副、前側傳動軸、后側傳動軸、傳動軸輸出齒輪副、測量支撐臂及測量支撐臂固定滑套；測量支撐臂通過測量支撐臂固定滑套固定于機構本體中心軸上并可繞本體中心軸軸線圓周轉動；掃描驅動電機輸出齒輪副由三個模數相同的齒輪組成，包括一個掃描機構主動齒輪及兩個掃描機構從動齒輪，其中掃描機構主動齒輪與掃描驅動電機相連，兩個掃描機構從動齒輪安裝于前、后傳動軸的首端并同時與掃描機構主動齒輪嚙合，以傳遞掃描驅動電機的運動，傳動軸輸出齒輪副由傳動軸輸出齒輪及滑套上的環(huán)齒組成，傳遞來自掃描驅動電機的運動進而帶動傳感器進行圓周對稱掃描。

6.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的系統測量裝置包括兩個激光位移傳感器和一個激光位移傳感器控制器，激光位移傳感器通過安裝螺栓固定在測量支臂頂部的固定板上，激光位移傳感器控制器則裝于控制機箱內與系統的微控制器相連。

7.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的系統控制裝置包括：兩個運載驅動電機、一個掃描驅動電機、一個定位驅動電機、便攜式電源、在線測量控制模塊，其中兩個運載驅動電機通過安裝螺釘固定在后面兩個行走輪上，負責驅動機構本體在軸向行進；定位驅動電機與精密絲杠相連，推動精密定位中心軸運動實現雙截面先后定位；掃描驅動電機與掃描機構主動齒輪相連，通過掃描機構從動齒輪傳遞掃描驅動電機的運動，帶動兩個激光位移傳感器實現同步對稱測量；便攜式電源固定在控制機箱內部，采用鋰電池組合技術和高精度穩(wěn)壓技術為在線測量控制模塊、電機以及傳感器提供持續(xù)及穩(wěn)定的能量；在線測量控制模塊固定在控制機箱內部，負責控制并協調運載電機、定位驅動電機及掃描驅動電機的運行，并同時控制激光位移傳感器測量數據的采集與后續(xù)處理。

8.按照權利要求1所述的內徑自動測量機構，其特征在于所述的光學傾斜測角機構包括激光發(fā)射裝置、激光束接收裝置，其中激光發(fā)射裝置由半導體激光器、激光器固定裝置組成，激光接收裝置由位置敏感器件PSD、透鏡組以及激光接收器固定裝置組成，半導體激光器通過激光器固定裝置固定于測量機構中心軸的前端面中心，以激光器發(fā)出的準直光束表征機構測量臂旋轉掃描的軸線，位置敏感器件PSD及透鏡組由激光接收器固定裝置固定于管道外側端面，通過激光器發(fā)出的準直光束與激光接收裝置軸線的夾角表征測量機構的在管道內的傾斜。

9.一種內徑自動測量系統的測量方法，其特征在于包括以下步驟：

1)測量開始后，運載驅動電機開始工作，其帶動行走輪進行旋轉，使得測量機構在被測管道內前進和后退；

2)當測量機構行走到位后，定位驅動電機動作，推動精密定位中心軸前進，使得前定位支撐臂先于后定位面接觸管道內壁，定位驅動電機繼續(xù)推進，后定位支撐臂接觸到管道內壁，最終完成測量機構在被測管道內的高精度定位；

3)當測量機構完成定位后，掃描驅動電機動作，帶動激光位移傳感器進行圓周對稱掃描，并將采集到的數據傳輸至上位機進行數據處理，可得到管道的內徑、圓度誤差參數；

4)當測量機構完成測量后，光學傾斜測角機構的激光器開始工作，由位置敏感器件PSD及透鏡組接收激光器發(fā)出的準直光束，其與激光接收裝置軸線的夾角即可表征測量機構的在管道內的傾斜；

5)當測量機構完成傾角測量后，定位驅動電機再次開始動作，其通過反轉使得前、后定位支撐臂全部脫離管道內壁，此時整個單次測量過程結束。