CN102095384A - 基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法 - Google Patents

基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法，包括行走定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、电机驱动装置、微控制模块、无线传输网络、上位机软件、便携式电源、光学倾斜测角装置以及多点测温补偿装置。***由靠柔性件联接的双锥体联动机构实现两面六点定轴。激光位移传感器用于测量相对位移量。激光测距仪用于测量轴向前进距离。四个伺服电机分别驱动定位机构、双轮行走、测量臂旋转。微控制模块实现数据采集、状态检测、电机控制等。无线传输网络实现下位机和上位机所有信息传递。上位机软件用于数据处理和测量控制。便携式电源为整个***提供能量。本测量***能够自动测量圆孔、锥孔的直径、圆度、圆柱度、圆锥度等综合参数，测量效率高、量程大、使用范围广。

Description

基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法
技术领域
本发明涉及工业大尺寸内径测量技术，特别是涉及一种基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法，具体是非接触式、高精度大尺寸内径测量***。
背景技术
随着大型机械设备向着复杂化、精密化方向发展，对于这些设备所需要的大尺寸工件的加工质量的检测要求也不断提高，其测量范围为几米至几十米，测量精度为10-5～10-6量级，而且绝大部分都要在制造现场进行测量，如火车轮、水轮机和汽轮机的主轴、大型发电机组、大型轴承圈、各种工作辊等，都需要对其直径进行高精度测量，以满足在加工过程中对直径尺寸的控制。
目前国内外大多数内径测量仪器仍采用大型螺旋测微器、大型千分尺、钢带尺等接触式测量仪器，但这些量具复杂笨重、测量效率低、易受操作人员及测量环境影响。当然采用多普勒效应法、滚轮法、标记法、激光干涉仪、激光杠杆法等非接触式测量也可以获得很高的测量精度。但考虑到滚轮法、标记法需要转动工件，不适合大型工件；激光干涉仪、多普勒效应法需要导轨，现场使用不方便；光杠杆法测量范围小等，不适合大型工件等存在的现场测量的弱点。正是由于在国内大型工件、管道等大直径高精度的测量问题至今未能得到妥善解决，以致在大型工件轴孔配合、管道接口装配时，往往因为其内外径尺寸不符合公差配合要求而返工，甚至报废。所以研制一种测量精度能够满足工艺要求，结构简单，能够实现现场测量大型工件内径测量技术和装置非常重要和具有现实应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高精度同轴定位的多参数内径测量***与测量方法。在高精度同轴定位的基础上，提供一套全自动化的大尺寸内径检测***，首先通过高精度自动定位机构在线得到与加工近似的测量基准轴线，然后由径向对称、轴向有一定距离的成对高精度激光位移传感器对2个固定距离被测孔截面进行扫描测量，同时记录精密伺服***控制电机编码器对应的角度值，并利用坐标处理方法，精确计算出孔径尺寸等参数，并由自动运动平台负责运载***在被测轴孔中的行走和精确定位，测量分辨力高达5微米。该***操作方便、测量精度高、使用范围广、效率高，对于工业大尺寸内径在线测量具有重要意义。
本发明提供的基于高精度同轴定位的多参数内径测量***包括：
行走定位机构，用于***的自动行走以及精密定位；
激光位移传感器，用于非接触式测量以获取内径数据；
激光测距仪，用于非接触式大尺寸测量和测量数据的蓝牙传输；
电机驱动装置，用于控制电机的转动；
微控制模块，用于数据采集、状态监测以及协调运动控制；
无线传输网络，用于测量数据的无线传输；
上位机软件，用于参数设置、运动控制、数据处理和显示；
便携式电源，用于提供***所需能量；
光学倾斜测角装置，用于***倾斜角度的测量和数据修正；以及
多点测温补偿装置，用于环境温度的测量和数据修正。
本发明主要包括硬件部分和软件部分：
硬件部分：行走定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、电机驱动装置、微控制模块、无线传输网络、上位机软件、便携式电源、光学倾斜测角装置以及多点测温补偿装置。
软件部分：人机接口、多参数内径算法处理、温度补偿算法处理以及倾斜校正处理部分。
本发明的行走定位机构由支撑臂、辅助定位杆、双锥体主轴及双轮驱动结构组成，两个行走驱动电机通过螺钉固定在行走机构定位轴套上，并通过齿轮副传动到行走轮上；定位驱动电机通过螺钉固定在行走定位机构上，在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮接触内壁；定位驱动电机通过螺钉固定在行走定位机构上，其通过精密丝杠与双椎体主轴相连，前椎体与后椎体固定在双椎体主轴上；激光位移传感器是由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，传感器控制器则装于控制箱内与***的微控制模块相连；测量臂旋转驱动电机通过螺钉与同步联结杆相连，以传递测量臂旋转驱动电机的运动，从而带动两个激光位移传感器的旋转；所述的激光测距仪上设有安装螺纹，通过螺栓固定在被测对象的一侧端面上；所述的微控制模块安装在控制机箱内部，控制机箱通过螺钉固定在行走定位机构底部；所述的无线传输网络用于实现上位机和下位机数据、控制指令以及状态信号的传输，其中一个无线通讯模块安装在控制机箱内部，一个无线通讯模块与上位机相连，其余的无线通讯模块与温度传感器相连，固定在被测管道内部；所述的便携式电源通过安装螺栓固定在前定位机构上；所述的光学倾斜测角装置通过安装螺栓固定在被测管道的一端；所述的多点测温补偿装置安装在被测管道的内部。
所述的行走定位机构是***的载体和运动部件，行走轮靠行走机构定位轴套和导向槽固定在两侧的支撑臂上，辅助行走轮通过弹簧固定在辅助定位杆上，可根据内径大小自动调节伸缩量。在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮接触内壁，保证机构的稳定性，采用两后轮独立驱动的方式驱动机构行走。在装置行走到位后，定位驱动电机动作，经过精密丝杠的转换，将电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动，由丝杠推动双锥体主轴前进，由于柔性预紧机构提供的预紧力，使得截面I的三个同步支撑臂先定位，定位驱动电机继续推进，进而实现截面II上的三个同步支撑臂定位，支撑臂中心是具有自动收缩功能的伸缩杆，可根据实际测量尺寸，选配合适的支撑臂，以保证***能在被测轴孔中实现定心。
所述的激光位移传感器是测量***的核心测量部件，由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，可根据实际测量尺寸，选配相应尺寸的加长杆，以保证激光测头与被测轴孔内壁的距离在量程范围以内，传感器控制器通过螺栓固定在控制箱内，并与***的微控制模块通过信号线相连。
所述的激光测距仪由非接触大尺寸测量和测量数据蓝牙传输功能部件组成，用于测量机构在管道中的位置。激光测距仪上设有安装螺纹，通过螺栓固定在被测对象的一侧端面上。
所述的电机驱动装置是***运动控制的核心部件，用于实现轴向双轮独立驱动行走，两个测头同步旋转以及双锥体联动定位机构先后定位的驱动。包括运动控制器、直流伺服电机、电机驱动器以及***线路连接；运动控制器接受来自上位机的指令，根据指令进行判断，并向电机驱动器发出相应的运动指令以控制伺服电机的运动状态；采用模块化设计，底盘行走模块包括两个行走驱动电机，用于驱动机构在轴向行走；同步联动定心模块包括一个定位驱动电机，经过精密丝杠的转换将电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动，由丝杠驱动双锥体主轴实现双截面先后定位；旋转测量模块包括一个测量臂旋转驱动电机，经过齿轮副的转换后将带动两个成180°对称的测量臂实现在两个不同截面的同步测量。
所述的微控制模块用于整个***的数据采集、状态监测以及协调运动控制等功能。
所述的无线传输网络用于实现上位机和下位机数据、控制指令以及状态信号的传输，能够适应复杂的环境，避免了拖线。
所述的便携式电源，采用单个锂电池组合技术和高精度稳压技术为微控制模块、电机以及传感器提供能量，携带方便，耐用能力强。
所述的光学倾斜测角装置，通过安装螺栓固定在被测管道的一端，用于测量***的倾斜角度。
所述的多点测温补偿装置，在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性。
所述的上位机软件是基于Visual C++6.0实现的，包括人机接口和内径算法处理，人机接口部分包括参数设置、控制按钮以及数据显示等功能。设置好初始化参数后，点击“运行”按钮，***根据预设参数扫描测量，在微控制模块的作用下自动采集测距基准点到目标点i的距离ρi，并根据内径测量原理(见图4)，把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系，((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，同时显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，利用数据处理算法得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告。
本发明提供的基于高精度同轴定位的多功能内径测量的方法包括以下步骤：
1)根据被测轴孔内径，选择合适的支撑臂和测量臂，并将测量***放置在被测轴孔之中。根据需要测量的截面设定测量***的行走距离，并通过无线传输网络，将上位机设定好的初始值传送给微控制模块进行初始化设置。初始化结束后，上位机发送启动命令，行走驱动电机开始运动，测量***由行走定位机构负责运动到目标位置。
2)运动到位后，定位驱动电机开始旋转并推动双锥体主轴前进，支撑臂在此作用下径向向外伸出。支撑臂中心是具有自动收缩功能的伸缩杆，可根据实际测量尺寸，选配合适的支撑臂，以保证***能在被测轴孔中实现定心。由于弹性结构提供的预紧力，截面I的三个同步支撑臂将先接触到管道内壁，定位驱动电机继续推进，进而实现截面II上的三个同步支撑臂接触顶紧内壁以实现定位。在内径定位的过程中，通过实时判断定位驱动电机电枢电流的大小从而达到监测其工作转矩的目的，即当电流达到预定数值时，通过伺服控制保持电机电枢电流，使行走定位机构稳定支撑起机构本体，并通过行走定位机构的轴线复现管道内径的加工轴线，减少了基准转换的误差，从测试的源头保证了检测的精度。
3)内径定位完成后，激光位移传感器开始工作，在测量臂旋转驱动电机的带动下，激光位移传感器将对管壁进行圆周扫描。激光位移传感器获取的内径数据通过总线传输给微控制模块，并最终通过无线传输网络发送给上位机进行后续的数据处理及分析。
4)上位机软件主要负责对下位机的控制及内径测量数据的处理和分析。上位机的软件是基于Visual C++6.0实现的，包括人机接口和内径算法处理，人机接口部分包括参数设置、控制按钮以及数据显示等功能。上位机设置好初始化参数后，点击“运行”按钮，***根据预设参数扫描测量，在微控制模块的作用下自动采集测距基准点到目标点i的距离ρi，并根据内径测量原理，把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，同时显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，利用数据处理算法得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告。
5)在激光位移传感器的运行过程中，激光测距仪将对测量机构的位置进行检测，并通过蓝牙模块将实测的位置无线传输给上位机；多点测温补偿装置将测量测试环境及被测体的温度，通过在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，因而可以对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性；光学倾斜测角装置可以得到了***的倾斜角度，进而对数据进行修正处理。
本发明提供的基于高精度同轴定位的多参数内径测量***的电路包括以下部分：
1)基于TI公司的TMS320F2812作为微控制模块，其主要负责对电机的伺服运动控制，激光位移传感器的控制，内径测量信号的采集与处理，温度信号的采集，位置信号的采集与接收以及对无线传输网络的控制。
2)基于Copley公司的Accelnet系列全数字式伺服运动控制卡的伺服运动控制电路，其主要负责对电机的伺服运动控制，通过CAN总线的结构及CANopen运动控制协议直接控制各个电机的运动控制。
3)基于Zigbee技术的无线传输网络，其主要负责上位机与下位机的无线通讯，通过先进的编码、误码纠正技术保证数据传输的可靠性。
4)便携电源电路，其主要负责对电路稳定并持续的供电；SCI总线接口电路，其主要负责下位机微控制模块与激光位移传感器的通讯；CAN总线接口电路，其主要用于下位机微控制模块与电机驱动装置的通讯。
本发明的优点在于：实验装置结构简单、现场操作方便、测量效率高、精度高、抗干扰能力强，且为非接触测量，特别适合复杂环境的大尺寸多参数内径测量。
附图说明：
图1为本发明测量***的总体结构装配示意图。
图2为本发明测量***的测控***结构框图。
图3为本发明测量***的测量原理图。
图4为本发明测量***的测控应用程序流程图。
图5为本发明测量***的上位机数据接收处理流程图。
图6为本发明测量***的内径算法程序流程图。
图7为本发明测量***的应用程序操作界面。
图8为本发明测量***的应用程序***设置界面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明：
如图1所示，为本发明测量***的总体结构装配示意图。1-行走定位机构，2-激光位移传感器，3-激光测距仪，4-定位驱动电机，5-测量臂旋转驱动电机，6-行走驱动电机，7-控制机箱(包括微控制模块，电机驱动装置，无线通讯模块)8-无线通讯模块，9-上位机软件，10-便携式电源，11-光学倾斜测角装置，12-多点测温补偿装置，13-激光器，14-前定位机构，15-辅助行走轮，16-后定位机构，17-双锥体主轴，18-前锥体，19-柔性预紧机构，20-同步联结杆，21-行走轮，22-行走机构定位轴套，23-后锥体。
如图1所示，本发明提供的实现高精度同轴定位的多参数内径自动测量***包括：行走定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、电机驱动装置、微控制模块、无线传输网络、上位机软件、便携式电源、光学倾斜测角装置以及多点测温补偿装置。
如图1所示，所述的行走定位机构是***的载体和执行部件，由支撑臂、辅助定位杆、双锥体主轴及双轮驱动结构组成。两个行走驱动电机6通过螺钉固定在行走机构定位轴套22上，并通过齿轮副传动到行走轮21上；在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮15接触内壁。定位驱动电机4通过螺钉固定在行走定位机构1上，其通过精密丝杠与双椎体主轴17相连，前椎体18与后椎体23固定在双椎体主轴17上。所述的激光位移传感器2是测量***的核心测量部件，由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，传感器控制器则装于控制机箱7内与***的微控制模块相连。测量臂旋转驱动电机5通过螺钉与同步联结杆20相连，以传递测量臂旋转驱动电机的运动，从而带动两个激光测头的旋转。所述的激光测距仪3用于测量机构在管道中的位置，激光测距仪上设有安装螺纹，通过螺栓固定在被测对象的一侧端面上。所述的微控制模块用于整个***的数据采集、状态监测以及协调运动控制等功能，其安装在控制机箱7内部，控制机箱通过螺钉固定在行走定位机构1底部。所述的无线传输网络用于实现上位机和下位机数据、控制指令以及状态信号的传输，其中一个无线通讯模块安装在控制机箱7内部，一个无线通讯模块与上位机相连，其余的无线通讯模块与温度传感器相连，固定在被测管道内部。所述的便携式电源10，通过安装螺栓固定在前定位机构14上。所述的光学倾斜测角装置11通过安装螺栓固定在被测管道的一端。所述的多点测温补偿装置12安装在被测管道的内部。
如图2所示，为本发明测量***的测控***结构框图，包括：伺服电机、自动定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、便携式电源、微控制模块、无线传输网络、温度采集模块、倾斜校正模块及上位机。其中两个行走驱动电机安装在行走定位机构的两个主动轮上，负责驱动***的行走；一个定位驱动电机通过精密丝杠与双锥体主轴相连，负责驱动***的自动定位；一个测量臂旋转驱动电机安装在同步联结杆上，负责驱动两个激光位移传感器的旋转；激光测距仪安装在被测管道的一端，负责测量***在管道中的位置；微控制模块安装在控制机箱内部，负责整个***的数据采集、状态监测以及协调运动控制等功能；便携式电源安装在行走定位机构的支撑臂上，负责为微控制模块、电机以及传感器提供能量；一个无线通讯模块安装在控制机箱内部，一个无线模块与上位机相连，其余的无线通讯模块与温度传感器相连，负责整个***的无线数据传输；倾斜校正模块安装在被测管道的一端，负责测量***的倾斜角度，以对测量结果进行补偿修正；温度采集模块安装在被测管道的内部，负责建立测温网络，以对测量结果进行补偿修正；上位机负责对***进行运动控制、状态显示及数据拟合等功能。
所述的行走定位机构是***的载体和执行部件，在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮15接触内壁，保证机构的稳定性，机构由两个后轮独立驱动，实时监测两个行走轮的转速和位移差并作出判断调节两个行走电机的转速，以保证机构能够在轴孔内直线行走，提高其运动的定位精度；当机构行走到位后，定位驱动电机动作，推动双锥体主轴17前进，由于弹性结构提供的预紧力，使得截面I的三个同步支撑臂先定位，电机继续推进，进而实现截面II上的三个同步支撑臂定位，支撑臂中心是具有自动收缩功能的伸缩杆，可随双锥体主轴的运动而调节伸缩量。
所述的激光位移传感器2是测量***的核心测量部件，由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，传感器控制器则装于控制箱7内与***的微控制模块相连。所述的激光测距仪3用于测量机构在管道中的位置。所述的电机驱动装置是测量***运动控制的核心，用于实现轴向双轮行走，两激光测头同步旋转以及双锥体联动定位机构先后定位的驱动。所述的微控制模块用于测量***的数据采集、状态监测以及协调运动控制等功能。所述的无线传输网络用于实现上位机和下位机数据、控制指令以及状态信号的传输，能够适应复杂的环境，避免了拖线。所述的便携式电源，采用单个锂电池组合技术和高精度稳压技术为微控制模块、电机以及传感器提供能量，携带方便，耐用能力强。
所述的光学倾斜测角装置11是为了得到了***的倾斜角度，进而对数据进行修正处理。所述的多点测温补偿装置12，在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性。所述的上位机软件则实现人机接口、内径算法处理以及保存打印测量报告功能。
测量应用程序主要包括的步骤为：微控制模块和上位机之间的信息通讯、电机行走定位控制、激光位移传感器测量控制、测量距离及角度显示、内径算法处理、数据及结果保存，具体流程图如图4所示。
在测量之前首先调整四个行走轮的径向伸缩量，保证其稳定接触管壁，然后将测量机构放入被测管道，同时调整辅助行走轮，使之接触内壁。待机械结构调整完毕后打开电源，打开控制机箱的电源开关，启动无线传输网络7，8，12，建立与上位机的通讯网络，待激光位移传感器2预热完成以后，点击上位机测量界面(见图7)上的“***设置”按钮，选择管道的型号，不同型号蕴含了不同的初始化参数以及控制指令，然后点击界面上的“运行”按钮，上位机自动把所选型号的初始化参数发送到微控制模块，微控制模块负责全程自动测量，同时上位机软件具有检测功能和暂停、退出装置等强制功能。正常情况下，微控制模块初始化完成以后，便启动行走驱动电机6，使测量装置沿轴向行走，同时检测激光测距仪3的参数，直至机构运动到目标截面，
装置行走到位后，微控制模块控制定位驱动电机动作，推动双椎体主轴前进，定位支撑臂在双椎体主轴的带动下径向向外伸出。由于弹性机构提供的预紧力，使得三个前定位支撑臂先于后定位面接触管道内壁，定位驱动电机继续推进，进而实现三个后定位支撑臂接触管道内壁，支撑起测试机构本体，顶紧管道内壁，完成定位。
定位完成后，微控制模块控制测量臂旋转驱动电机动作，该运动由前、后传动轴传递给传动轴输出齿轮副，并通过滑套的环齿带动测量支撑臂及激光位移传感器转动。***定时采集激光位移传感器2数据和测量臂旋转驱动电机5编码器信号，同时通过无线传输网络传到上位机，上位机软件根据数据提取程序(见图5)提取数据，同时根据测量原理(见图3)把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，并显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，最后获得光学倾斜测角装置11的倾斜角度值及多点测温补偿装置12的实时环境温度值，用于后续的误差剔除及修正，然后利用内径数据处理方法(见图6)得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告。
测量动作完成后，定位支撑臂在定位驱动电机的带动下径向回收，机构重新由行走定位机构支撑，行走驱动电机和伺服***控制行走轮转动，进而带动测量机构本体前往下一个检测截面。
应用实施例：
如图1所示，将测量***置于环规中，环规内部有1mm的台阶，其内径尺寸为截面I为582mm，截面II为584mm，打开控制机箱和无线通讯模块的电源，以及上位机软件，首先点击“***设置”，如图8所示，选择被测工件的内径尺寸为582mm，设置测量***的行走距离为20cm，行走速度为0.6m/min，行走加速度为6m/s2。设置完成后，点击“运行”，此时测量***根据设置的行走距离，行走速度和行走加速度开始前进；当测量***运动到目标位置之后，行走定位机构开始动作；定心结束后，由测量臂旋转驱动电机带动2个激光测头以360°/min的转速对环规的内表面进行整周扫描，利用内径数据处理方法(图6)可得到工件截面I的内径为581.9953mm，圆度误差为0.033mm，截面II的内径为583.9975mm，圆度误差为0.025mm，满足测量***精度要求；点击“保存数据”，保存该次测量的所有数据及分析结果。

Claims (9)

1.一种高精度同轴定位的多参数内径测量***，其特征在于它包括：
行走定位机构，用于***的自动行走以及精密定位；
激光位移传感器，用于非接触式测量以获取内径数据；
激光测距仪，用于非接触式大尺寸测量和测量数据的蓝牙传输；
电机驱动装置，用于控制电机的转动；
微控制模块，用于数据采集、状态监测以及协调运动控制；
无线传输网络，用于测量数据的无线传输；
上位机软件，用于参数设置、运动控制、数据处理和显示；
便携式电源，用于提供***所需能量；
光学倾斜测角装置，用于***倾斜角度的测量和数据修正；以及
多点测温补偿装置，用于环境温度的测量和数据修正。
2.一种高精度同轴定位的多参数内径测量***，其特征在于它包括：硬件部分和上位机软件部分：
硬件部分：行走定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、电机驱动装置、微控制模块、无线传输网络、上位机软件、便携式电源、光学倾斜测角装置以及多点测温补偿装置；
上位机软件部分：人机接口、多参数内径算法处理、温度补偿算法处理以及倾斜校正处理部分。
3.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的行走定位机构由支撑臂、辅助定位杆、双锥体主轴及双轮驱动结构组成，两个行走驱动电机通过螺钉固定在行走机构定位轴套上，并通过齿轮副传动到行走轮上；在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮接触内壁；定位驱动电机通过螺钉固定在行走定位机构上，其通过精密丝杠与双椎体主轴相连，前椎体与后椎体固定在双椎体主轴上。
4.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的激光位移传感器是由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，传感器控制器则装于控制箱内与***的微控制模块相连；测量臂旋转驱动电机通过螺钉与同步联结杆相连，以传递测量臂旋转驱动电机的运动，从而带动两个激光位移传感器的旋转；所述的激光测距仪上设有安装螺纹，通过螺栓固定在被测对象的一侧端面上；所述的微控制模块采用32位控制器，安装在控制机箱内部，用于整个***的数据采集、状态监测以及协调运动控制功能；所述的便携式电源采用单个锂电池组合和高精度稳压为微控制模块、电机以及传感器提供能量，安装在行走定位机构的支撑臂上。
5.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的电机驱动装置包括运动控制器、直流伺服电机、电机驱动器以及***线路连接；运动控制器接受来自上位机的指令，根据指令进行判断，并向电机驱动器发出相应的运动指令以控制伺服电机的运动状态；采用模块化设计，底盘行走模块包括两个行走驱动电机，用于驱动机构在轴向行走；同步联动定心模块包括一个定位驱动电机，经过精密丝杠的转换将电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动，由丝杠驱动双锥体主轴实现双截面先后定位；旋转测量模块包括一个测量臂旋转驱动电机，经过齿轮副的转换后将带动两个成180°对称的测量臂实现在两个不同截面的同步测量。
6.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的无线传输网络采用通讯速率为250kb/s的低速数据传输，并且使用2.4GHz免费频段，其无线通讯模块安装在控制机箱内部、上位机及被测管道内部，用于实现整个***的无线数据传输。
7.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的上位机软件是基于VisualC++6.0实现的，包括人机接口和内径算法处理，人机接口部分包括参数设置、控制按钮以及数据显示功能；设置好初始化参数后，点击“运行”按钮，***根据预设参数扫描测量，在微控制模块的作用下自动采集测距基准点到目标点i的距离ρi，并根据内径测量原理(见图4)，把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系，((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，同时显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，利用数据处理算法得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告。
8.按照权利要求2所述的多参数内径测量***，其特征在于所述的光学倾斜测角装置安装在被测管道的一端，通过测量***的倾斜角度进而对测量数据进行修正处理；所述的多点测温补偿装置，在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性，采用PCB软板，使得温度传感器与被测对象内壁贴合紧密，最大限度反映被测对象的实际温度。
9.权利要求2所述的基于高精度同轴定位的多功能内径测量***的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据被测轴孔内径，选择合适的支撑臂和测量臂，并将测量***放置在被测轴孔之中，根据需要测量的截面设定测量***的行走距离，并通过无线传输网络，将上位机设定好的初始值传送给微控制模块进行初始化设置；初始化结束后，上位机发送启动命令，行走驱动电机开始运动，测量***由行走定位机构负责运动到目标位置；
2)运动到位后，定位驱动电机开始旋转并推动双锥体主轴前进，支撑臂在此作用下径向向外伸出，支撑臂中心是具有自动收缩功能的伸缩杆，可根据实际测量尺寸，选配合适的支撑臂，以保证***能在被测轴孔中实现定心，由于弹性结构提供的预紧力，截面I的三个同步支撑臂将先接触到管道内壁，定位驱动电机继续推进，进而实现截面II上的三个同步支撑臂接触顶紧内壁以实现定位，在内径定位的过程中，通过实时判断定位驱动电机电枢电流的大小从而达到监测其工作转矩的目的，即当电流达到预定数值时，通过伺服控制保持电机电枢电流，使行走定位机构稳定支撑起机构本体，并通过行走定位机构的轴线复现管道内径的加工轴线，减少了基准转换的误差，从测试的源头保证了检测的精度；
3)内径定位完成后，激光位移传感器开始工作，在测量臂旋转驱动电机的带动下，激光位移传感器将对管壁进行圆周扫描，激光位移传感器获取的内径数据通过总线传输给微控制模块，并最终通过无线传输网络发送给上位机进行后续的数据处理及分析；
4)上位机设置好初始化参数后，点击运行按钮，***根据预设参数扫描测量，在微控制模块的作用下自动采集测距基准点到目标点i的距离ρi，并根据内径测量原理，把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，同时显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，利用数据处理算法得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告；
5)在激光位移传感器的运行过程中，激光测距仪将对测量机构的位置进行检测，并通过蓝牙模块将实测的位置无线传输给上位机；多点测温补偿装置将测量测试环境及被测体的温度，通过在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性；光学倾斜测角装置可得到了***的倾斜角度，进而对数据进行修正处理。
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