[發明專利]一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置

有效

• 申請號: 202010512927.9
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111692976B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 顧永奇;袁忠;鄭元陽;王俊;劉辰;衛靖;陸坤;鄭福斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01B11/04
• 分類號: G01B11/04;G01K7/16;G01K1/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 顧煒

本發明公開了一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置，包括基準尺、多個溫度采集探頭，數據處理模塊、數字顯示屏；尺體設有多個供儀器校準使用的靶標底座錐形孔，同時在基準尺體設有用于放置溫度采集探頭的孔位；所述溫度采集探頭一端通過傳輸線與數據處理模塊連接，另一端安裝在基準尺探頭孔位中并確保與孔壁貼合；所述的數據處理模塊，將相鄰兩個溫度采集探頭之間采集的溫度信號轉換為長度補償數據，從而獲得現場工況溫度下的基準尺在補償后實際長度，并顯示在數字顯示屏上。本發明可以有效解決在現場工況下因基準尺的材料溫度、環境溫度變化以及溫度梯度不一致而引起的基準誤差，為儀器現場校準提供高精度的基準長度，從而保障和提高現場測量精度。

技術領域

本發明涉及大型裝置、設備等部件生產、制造、裝配過程中的現場尺寸測量領域和實驗室長度測量儀器校準標定領域，具體是一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置。

背景技術

在大型機械裝備的制造及裝配過程中，大型工件的幾何尺寸和形位公差的測量是保證整套設備質量的關鍵因素。大尺寸空間坐標測量是現代大型機械制造業中待解決的關鍵技術之一，它涉及航空航天、冶金設備、造船工業、汽車制造、港口機械、探礦設備、核電設備以及加速器等領域。

隨著工業技術的快速發展，越來越多的大型設備需要精密加工和裝配，解決生產現場的大尺寸精密測量問題顯得十分必要和迫切。激光跟蹤儀、柔性關節測量臂、室內GPS、攝影測量等技術的出現，解決了部分大尺寸設備生產現場的測量難題。但由于生產現場不可能達到計量實驗室的環境要求，這也降低了上述儀器現場測量的精度。特別是在長期的生產現場測量，環境溫度等因素的變化嚴重影響測量系統的測量精度。基準尺作為一種可在生產現場使用的標定基準，為生產現場的測量系統提供一個或者多個長度基準，用于提高測量系統的精度。

在目前大型設備精密加工和裝配的現場一般采用如下的基準尺校準方法：基準尺基準長度是在實驗室20攝氏度環境下標定，根據基準尺材料的熱膨脹比例系數和現場測得環境溫度，計算或通過軟件計算，獲得在此現場環境溫度下的基準尺修正長度，利用此修正長度作為儀器校準的基準。由于基準尺的材料溫度、環境溫度以及溫度梯度在復雜現場工況下，難以保證一致和測量的準確，因此會導致比例尺修正長度引入誤差，影響儀器校準，從而降低了現場測量的精度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置，可實時顯示基準長度，不僅提高了測量工作效率，也減小了測量現場環境溫度變化、溫度梯度不一致等帶來的基準尺修正長度誤差。本發明是一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置，目的是在大型裝置、設備等部件生產、制造、裝配過程中的尺寸測量現場以及校準實驗室，為儀器現場校準提供便攜、高精度的基準長度，減小在現場工況下中因溫度變化、溫度梯度不一致而引起的基準誤差，從而保障和提高現場測量精度。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種溫度形變自補償的數顯長度基準裝置，包括基準尺、多個溫度采集探頭，數據處理模塊、數字顯示屏；所述的基準尺截面為偶數多邊形或圓形；尺體設有多個供儀器校準使用的靶標底座，為錐形孔或銷孔等，同時在基準尺體設有間隔設置的N個用于放置溫度采集探頭的孔位；所述溫度采集探頭為電阻溫度傳感器，一端通過傳輸線與數據處理模塊連接，另一端安裝在基準尺探頭孔位中并確保與孔壁貼合；所述的數據處理模塊，將相鄰兩個溫度采集探頭之間采集的溫度信號轉換為長度補償數據，從而獲得現場工況溫度下的基準尺在補償后實際長度，并顯示在數字顯示屏上。

進一步的，該基準裝置使用前需在實驗室中進行標定，將N個溫度采集探頭安裝在孔位中，標定過程中溫度變化范圍需設置在0～35℃，通過溫度梯度變化依次進行基準標定，獲取不同溫度下的長度基準數據及各溫度變化區間內的最佳熱膨脹比例系數α。

進一步的，所述的數據處理模塊將相鄰兩個溫度采集探頭之間采集的溫度信號轉換為長度數據，從而獲得現場工況溫度下的基準尺在補償后實際長度，其轉換公式如下：

L＝L₁'+L₂'+…L_i'