CN117091517A - 用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置及其测量方法，包括控制器、支撑平台、位于支撑平台上的传输带、位于传输带上且用于带动待测圆筒水平移动和绕周向转动的支撑架组件、位于支撑平台上的固定支架、水平向设置于固定支架上的第一单线轨滑台、设置于支撑平台上的竖直升降滑台、竖直向设置且与第一单线轨滑台的滑块相连的第二单线轨滑台、与第二单线轨滑台的滑块相连接的且对准待测圆筒的激光位移传感器、与待测圆筒同轴设置且右端伸入待测筒体内、左端与竖直升降滑台的滑块相连的基准杆、位于基准杆右端且用于与激光位移传感器相配合检测待测圆筒壁厚的运动方向转换组件。本发明便于实现小内径大长度筒类结构壁厚的精准测量。

Description

用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及筒类结构壁厚测量领域，尤其涉及一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置及其测量方法。

背景技术

在污水处理领域中，以金属圆筒为代表的薄壁类壳体件是污水过滤装备上的关键件。如果壁厚达不到指标要求，会造成严重的后果。但由于该类零件结构种类多、整体面形复杂、待测点多，直径小但长度大，难装夹，因此实现厚度的高效、精密测量极其困难。

目前激光厚度检测因为其原理简单，测量精度高逐渐成为金属筒类工件壁厚测量的首选。大多数工件生产厂家对该类工件的厚度检测均采用手工千分表测厚，工件的测量点位选取、测量时力度的控制、测量角度的调整、测量效果的判断等均由检测工人凭经验判断。测量效率低，测量存在较大的人为误差。自动化激光测厚也在不断发展，但大多是针对简单工件如管材，板材的测厚。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种测量精度高且准确的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置。

本发明的第二目的是提供一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置的测量方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，包括控制器、支撑平台、位于支撑平台上的传输带、位于传输带上且用于带动待测圆筒水平移动和绕周向转动的支撑架组件、位于支撑平台上的固定支架、水平向设置于固定支架上的第一单线轨滑台、竖直向设置于支撑平台上的竖直升降滑台、竖直向设置且与第一单线轨滑台的滑块相连的第二单线轨滑台、与第二单线轨滑台的滑块相连接的且对准待测圆筒的激光位移传感器、与待测圆筒同轴设置且右端伸入待测筒体内、左端与竖直升降滑台的滑块相连的基准杆、位于基准杆右端且用于与激光位移传感器相配合检测待测圆筒壁厚的运动方向转换组件。

其中，运动方向转换组件包括与基准杆相连的第一法兰、与第一法兰相连的安装框架、与基准杆同轴线设置于安装框架上且用于测量轴向位移的接触式位移传感器、设置在安装框架上的竖直导轨、穿设在竖直导轨上的支撑板、位于支撑板上方且与待测圆筒内壁相接触的触头、位于支撑板下方的弹簧、与弹簧下端相连且与接触式位移传感器相接触的相切压块以及保护壳；与触头相连的弹簧在待测圆筒内壁的压力下压缩变形，使得与弹簧相连的相切压块往下运动，相切压块的斜面在下移过程中带动接触式位移传感器的触头向里收缩，从而间接测得待测圆筒内壁与基准间的距离。

优选的，支撑架组件包括口字型框架、沿着口字型框架纵向设置的纵向支撑杆、位于口字型框架右端且横向设置的第一横向支撑杆以及位于口字型框架左端且横向设置的第二横向支撑杆，所述纵向支撑杆上设置有用于夹紧待测圆筒且带动待测圆筒转动的夹紧驱动组件，第一横向支撑杆和第二横向支撑杆上架设有用于导向待测圆筒转动的夹紧滚轮组件，所述口字型框架上设置有用于停止待测圆筒转动的止停组件。

再者，夹紧驱动组件包括位于纵向支撑杆上的卡盘底座、位于卡盘底座上用于夹紧待测圆筒的气动三爪卡盘、位于卡盘底座上的驱动电机以及与驱动电机的输出轴相连用于带动气动三爪卡盘转动的同步带。

进一步，夹紧滚轮组件包括对称设置在第一横向支撑杆上的一对右轴承座、对称设置在第二横向支撑杆上的一对左轴承座、穿设在右轴承座和左轴承座上的辅助支撑杆以及穿设在辅助支撑杆上的转动摩擦轮。

优选的，止停组件包括对称设置在待测圆筒两侧的夹紧气缸以及位于夹紧气缸的输出轴上且相对设置的夹紧滚轮。

再者，第一单线轨滑台的滑块上连接有用于确定基准零点的电子式千分表。

进一步，固定支架上设置有与第一单线轨滑台平行的第一光栅尺，该第一光栅尺的读数头与第一单线轨滑台的滑块相连。

优选的，竖直升降滑台旁侧并排设置有竖直光栅尺，竖直光栅尺的读数头与竖直升降滑台的滑块相连；所述支撑架组件旁侧并排设置有水平光栅尺，水平光栅尺的读数头与支撑架组件相连。

本发明一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置的测量方法，包括如下步骤：

装配完成后，于激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头之间选择合适位置，放置厚度为m的标准测量块；该合适位置须满足以下条件：放置后的标准块水平朝上且角度偏差不超过3°、放置后标准块的上下表面须在激光位移传感器与接触式位移传感器的测量范围之内；

对激光位移传感器发光点与标准块上表面之间的距离进行测量，测量数据记为X₁；对运动方向转换组件的触头与标准块下表面的距离进行测量，测量数据记为X₂；则激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头的距离初始数值X₀＝X₁+X₂+m；

在待测圆筒的被测区间内任选一点为标记点，记录标记点处待测圆筒处壁厚准确数值，数值记录为Y；

将待测圆筒进行装夹后，支撑架组件带动待测圆筒沿着传输带运动，直至激光位移传感器发射光点位于所做标记点上方，记录此时激光位移传感器与筒外壁距离数值，记录接触式位移传感器在筒内的形变量，分别记为x₁和x₂，则此时测得壁厚数值Y₀＝X₀-(x₁+x₂)；

计算***误差数值，即***误差数值δ＝Y₀-Y；

调整PLC内距离计算公式，去除***误差的影响，则待测圆筒实际壁厚数值ε＝X₀-δ-(μ₁+μ₂)，此时μ₁和μ₂分别代表激光位移传感器与筒外壁距离和接触式位移传感器在筒内的形变量。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明利用激光位移传感器和运动方向转换组件相配合，实现小内径大长度筒类结构壁厚的精准测量；

(2)本发明将触头竖直方位的位移转化为接触式位移传感器水平方向的伸缩量，有效解决因待测圆筒内径较小而厚度变化量略大的问题，保障壁厚测量的精准度；

(3)本发明因待测圆筒外形为圆筒状，直径小而长度较大，采取在待测圆筒筒内部增设一个碳纤维成型的基准杆，其具有较高的强度、刚度和较小的质量，降低了竖直运动滑台的承载，提升了运动过程的稳定性，能在对圆筒进行测量的同时完成部分重量的承担工作；

(4)本发明中水平光栅尺可以精确感应出输送带带动圆筒在水平方向的运动量；角度编码器可以精确测量出同步带带动圆筒旋转角度；两者相互配合可以精确得出圆筒在进给过程中每个直线坐标处和每个角度下各个角度的真实厚度。

附图说明

图1为本发明的总体布置图；

图2为本发明中竖直升降滑台和竖直光栅尺的结构示意图；

图3为本发明中第一单线轨滑台的结构示意图；

图4为本发明中支撑平台及支撑架组件的结构示意图；

图5为本发明中支撑架组件的结构示意图；

图6为本发明中运动方向转换组件的结构示意图；

图7为本发明中运动方向转换组件的立体图；

图8为本发明中运动方向转换组件及基准杆的结构示意图；

图9为本发明中水平光栅尺的位置示意图；

图10为本发明的控制流程图。

附图中的标记为：

控制器1、固定支架2、待测圆筒3、小支撑平台4、支撑架组件5、输送带6、大支撑平台7、竖直光栅尺8、竖直升降滑台9、竖直光栅尺的读数头10、第一连接板11、电子式千分表12、千分表连接件13、第一光栅尺14、第一单线轨滑台15、第二单线轨滑台16、第二连接板17、第一光栅尺的读数头18、激光位移传感器支架19、激光位移传感器20、夹紧气缸21、夹紧滚轮22、转动摩擦轮23、驱动电机24、同步带25、气动三爪卡盘26、辅助支撑杆27；导轨滑块28、水平移动导轨29、第一法兰30、保护壳31、触头32、弹簧33、竖直导轨34、支撑板35、安装框架36、相切压块37、接触式位移传感器38、运动方向转换组件39、基准杆40、水平光栅尺41、水平光栅尺的读数头42、左轴承座43、口字型框架44、纵向支撑杆45、第一横向支撑杆46、第二横向支撑杆47、卡盘底座48、右轴承座49

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明公开了一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，包括控制器1、支撑平台、传输带6、支撑架组件5、固定支架2、第一单线轨滑台15、竖直升降滑台9、第二单线轨滑台16、激光位移传感器20、基准杆40和运动方向转换组件39，支撑平台包括左右设置的大支撑平台7和小支撑平台4，大支撑平台7和小支撑平台4的上表面相平齐，大支撑平台7和小支撑平台4上设置有传输带6，传输带6为电动传输带，传输带6两侧设置有一组水平移动导轨29，水平移动导轨29上设置有导轨滑块28，该导轨滑块28与支撑架组件5相连接，支撑架组件位于传输带6上方，支撑架组件5用于带动待测圆筒3水平移动和绕周向转动，导轨滑块28带动支撑架组件5水平移动，待测圆筒3设置在支撑架组件5上，随着支撑架组件5一同水平移动。如图5所示，支撑架组件5包括口字型框架44、纵向支撑杆45、第一横向支撑杆46、第二横向支撑杆47、夹紧驱动组件、夹紧滚轮组件和止停组件，纵向支撑杆45沿着口字型框架纵向设置，第一横向支撑杆46位于口字型框架右端，第一横向支撑杆46横向设置，第二横向支撑杆47位于口字型框架左端，第二横向支撑杆47横向设置，纵向支撑杆45上设置有夹紧驱动组件，夹紧驱动组件用于夹紧待测圆筒且带动待测圆筒转动，第一横向支撑杆46和第二横向支撑杆47上架设有夹紧滚轮组件，夹紧滚轮组件用于导向待测圆筒转动，口字型框架44上设置有止停组件，止停组件用于停止待测圆筒转动。夹紧驱动组件包括卡盘底座48、气动三爪卡盘26、驱动电机24和同步带25，卡盘底座48位于纵向支撑杆45上，气动三爪卡盘26位于卡盘底座48上，气动三爪卡盘26用于夹紧待测圆筒3、驱动电机24位于卡盘底座48上，同步带25与驱动电机的输出轴相连，同步带25用于带动气动三爪卡盘转动。夹紧滚轮组件包括一对右轴承座49、一对左轴承座43、辅助支撑杆27和转动摩擦轮23，一对右轴承座49对称设置在第一横向支撑杆上，一对左轴承座43对称设置在第二横向支撑杆上，辅助支撑杆27穿设在右轴承座49和左轴承座43上，转动摩擦轮23穿设在辅助支撑杆27上。止停组件包括夹紧气缸21和夹紧滚轮22，夹紧气缸21对称设置在待测圆筒3两侧，夹紧滚轮22位于夹紧气缸的输出轴上，夹紧滚轮22相对设置。

如图3所示，固定支架2位于大支撑平台7上，第一单线轨滑台15水平向设置于固定支架2上，竖直升降滑台9竖直向设置于大支撑平台7上，第二单线轨滑台16竖直向设置，第二单线轨滑台16通过第二连接板17与第一单线轨滑台15的滑块相连，激光位移传感器20通过激光位移传感器支架19与第二单线轨滑台16的滑块相连接，激光位移传感器20对准待测圆筒，基准杆40与待测圆筒3同轴设置，基准杆40的右端伸入待测筒体内，基准杆40的左端与竖直升降滑台9的滑块相连，运动方向转换组件39位于基准杆40右端，运动方向转换组件39用于与激光位移传感器20相配合检测待测圆筒壁厚。第一单线轨滑台15的滑块上通过千分表连接件13连接有电子式千分表12，电子式千分表12用于确定基准零点。固定支架2上设置有第一光栅尺14，第一光栅尺14与第一单线轨滑台15相平行，该第一光栅尺的读数头18与第一单线轨滑台15的滑块相连。竖直升降滑台9旁侧并排设置有竖直光栅尺8，竖直光栅尺的读数头10通过第一连接板11与竖直升降滑台9的滑块相连；支撑架组件5旁侧并排设置有水平光栅尺41，水平光栅尺的读数头42与支撑架组件5相连，如图9所示。

运动方向转换组件39包括第一法兰30、安装框架36、接触式位移传感器38、竖直导轨34、支撑板35、触头32、弹簧33、相切压块37和保护壳31，第一法兰30与基准杆40相连，安装框架36与第一法兰30相连，接触式位移传感器38与基准杆40同轴线设置于安装框架36上，接触式位移传感器38用于测量轴向位移，竖直导轨34设置在安装框架36上，支撑板35穿设在竖直导轨34上，触头32位于支撑板35上方，触头32与待测圆筒3内壁相接触，弹簧33位于支撑板35下方，相切压块37与弹簧33下端相连，相切压块37与接触式位移传感器38相接触，保护壳31包覆在于安装框架36外，保护壳31与第一法兰30相连。与触头32相连的弹簧33在待测圆筒3内壁的压力下压缩变形，使得与弹簧33相连的相切压块37往下运动，相切压块37的斜面在下移过程中带动接触式位移传感器38的触头向里收缩，从而间接测得待测圆筒3内壁与基准间的距离。

如图1所示，碳纤维材质的固定支架2固定在大支撑平台7上，竖直升降滑台9放置在固定支架2左端。大行程的径向移动的第一单线轨滑台15置于固定支架2上侧中间并与大支撑平台7桌面平行，另一个小行程的第二单线轨滑台16置于大行程的第一单线轨滑台15的滑块上。大行程的径向移动的第一单线轨滑台15后侧设置有中量程的第一光栅尺14，第一光栅尺的读数头18与第一单线轨滑台15上的滑块通过第二连接板17进行连接，用于采集第一单线轨滑台15上滑块的移动量。小行程的第二单线轨滑台16的滑块上安装有一个激光位移传感器20，激光位移传感器20用于测量圆筒3外表面与激光发射点之间的距离。输送带6位于小支撑平台4和大支撑平台7上，其两侧型材架上安装的水平移动导轨29通过导轨滑块28与支撑架组件5连接，用于约束导向支撑架组件5的运动。支撑架组件5上有夹紧气缸21、气动三爪卡盘26、驱动电机24和辅助支撑杆27。两个辅助支撑杆27通过固定在支撑架组件5上的左轴承座43和右轴承座49与支撑架组件5进行连接，其上放置了转动摩擦轮23。气动三爪卡盘26位于支撑架组件5右侧末端，与驱动电机24通过同步带25进行连接。位于辅助支撑杆27上的转动摩擦轮23通过摩擦力由待测圆筒3带动旋转的同时也承担待测圆筒3的重量。圆筒3中部两侧夹紧气缸21上连接着夹紧滚轮22，夹紧滚轮22在辅助支撑杆27作用下与待测圆筒3表面接触后使得待测圆筒3停止转动。如图9所示，在口字型框架44的后端设置有大量程的水平光栅尺41，水平光栅尺的读数头42通过连接板与支撑架组件5连接，从而共同运动。

测量开始时，将待测圆筒3套置于4个转动摩擦轮23上，且待测圆筒3较大的一端置于激光位移传感器测量头左边，较小的一侧置于气动三爪卡盘26中间。运动开始时，气动三爪卡盘26卡齿收缩，从而夹紧待测圆筒3。输送带6通过带动支撑架组件5运动的方式，先将待测圆筒3向左移动至设定距离处，长度方向上坐标值的记录由与支撑架组件5连接的水平光栅尺41进行。周向方向上角度值由与驱动电机24上的角度编码器进行记录。上部激光位移传感器20与下部运动方向转换组件39在竖直方向上对待测圆筒3内外壁进行测距，位于控制器1出的PLC每隔10毫秒采集一次数据，通过算法计算出即时厚度数据。在待测圆筒3水平进给过程中，大量程水平光栅尺41记录移动距离，激光位移传感器20与运动方向转换组件39协同工作得出厚度数据，完成了整个长度方向上的厚度预测量，初步确定管壁厚薄情况及在长度方向相应坐标位置。根据初次测得的数据，计算出壁厚数据的最大值、最小值和中间值，并找出其对应的位置坐标值。然后输送带6带动待测圆筒3后退至最大值、最小值和中间值的坐标处，旋转驱动电机24带动气动三爪卡盘26转动，从而完成三个位置的周向测量。在周向运动过程中，角度编码器与激光位移传感器20和运动方向转换组件39协同工作，完成了周向方向上的厚度测量，计算并记录相应角度下的厚度数值。运动完成后，输送带6输送支撑架组件5至运动初始位置。

待测圆筒3壁厚测量模块，配置有一只激光位移传感器20和运动方向转换组件39，用于对待测圆筒3的筒内外进行测距，运动方向转换组件39内部有接触式位移传感器38。壁厚测量模块安装时，须先将运动方向转换组件39上的触头32竖直放置，然后调整安装激光位移传感器20位置使得激光竖直照射在触头中心点上。置有一只电子式千分表12作为备用选配测量工具，在激光位移传感器20故障时作为暂时代替激光位移传感器20测量筒外距离。配置有一个水平位置调整的第二单线轨滑台16，用于水平方向移动电子式千分表12和调整上部激光位移传感器20。配置有一个小行程的第二单线轨滑台16，用于调整激光位移传感器20相对待测圆筒3的径向测量位移。基准杆40末端配有竖直升降的竖直升降滑台9，用于调整基准杆40竖直方向上的位置。小量程竖直光栅尺8安装在双线轨竖直升降滑台9一侧，用于即时记录基准杆40相对基准竖直方向上的移动距离。数据处理时，以基准杆40初次安装位置作为基准，即0刻度处。PLC将距离数据进行存储并计算基准杆40即时高度坐标值。如图2所示，竖直升降滑台9包括双线轨滚珠丝杠、步进电机、双导向杆、固定支架。

如图10所示，本发明一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置的测量方法，包括如下步骤：

(1)装配完成后，于激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头之间选择合适位置，放置厚度为5mm的标准测量块；该合适位置须满足以下条件：放置后的标准块水平朝上且角度偏差不超过3°、放置后标准块的上下表面须在激光位移传感器与接触式位移传感器的测量范围之内；

(2)对激光位移传感器发光点与标准块上表面之间的距离进行测量，测量数据记为X₁；对运动方向转换组件的触头与标准块下表面的距离进行测量，测量数据记为X₂；则激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头的距离初始数值X₀＝X₁+X₂+5；

(3)在待测圆筒的被测区间内任选一点为标记点，记录标记点处待测圆筒处壁厚准确数值，数值记录为Y；

(4)将待测圆筒进行装夹后，支撑架组件带动待测圆筒沿着传输带运动，直至激光位移传感器发射光点位于所做标记点上方，记录此时激光位移传感器与筒外壁距离数值，记录接触式位移传感器在筒内的形变量，分别记为x₁和x₂，则此时测得壁厚数值Y₀＝X₀-(x₁+x₂)；

(5)计算***误差数值，即***误差数值δ＝Y₀-Y；

(6)调整PLC内距离计算公式，去除***误差的影响，则待测圆筒实际壁厚数值ε＝X₀-δ-(μ₁+μ₂)，此时μ₁和μ₂分别代表激光位移传感器与筒外壁距离和接触式位移传感器在筒内的形变量。上述实时数据的处理和计算过程在控制器1内的PLC中完成，计算结果可以在位于总控台上的触控屏处显示。

待测圆筒3的壁厚测量，测量传感器采用高精度的激光位移传感器20，从而在测量装置部分减少测量误差，主要由外部的激光位移传感器20、内部都接触式位移传感器38以及运动方向转换组件39组成。接触式位移传感器38测量筒管内壁距离变化，激光位移传感器20或者电子式千分表12在管壁外表面测量。考虑到基准杆40高度变化存在使被测物体超出激光位移传感器20和接触式位移传感器38测量区间的可能性，因此设置基点返回机制。基点返回机制的原理为：测量装置安装完成后，小量程的竖直光栅尺8将此时基准杆40的高度记录为坐标原点0。当单次测量完成后，PLC会对基准杆40的当前高度进行判定，若当前小量程竖直光栅尺8数值为0，则基准杆40无运动；若当前小量程竖直光栅尺8数值不为0，则竖直升降滑台9带动基准杆40上下运动，直至小量程竖直光栅尺8读数为0。

待测圆筒3的壁厚测量，具有运动方向转换组件39。如图6、图7和图8所示，其位于基准杆40前部，由接触式位移传感器38、弹簧33、支撑板35、触头32、竖直导轨34组成。接触式位移传感器38置于基准杆40前部中心孔处，用于测量轴向位移。在与传感器触头接触的竖直方向上，设置了径向接触装置，其从上至下依次为触头32、弹簧33与相切压块37。测量过程中，与触头32相连的弹簧在待测圆筒3内壁的压力下进行压缩变形，使得下端与弹簧33相连的相切压块37往下运动。由于相切压块37底部具有63.5°的倾斜角且tan63.5°≈2(误差在许用范围之内)，因此相切压块37每下移2mm会带动接触式位移传感器触头向里收缩1mm，故可以根据接触式位移传感器伸缩数值计算处触头升降高度，从而得出待测圆筒3内壁的变化量。又因为接触式位移传感器的测量区间为10-20mm，量程仅有10mm。经63.5°的倾斜角放大后，内部测量装置量程扩大至20mm。内置有运动方向转换组件39的原因是待测圆筒3外形直径较小，在截面方向上的测量的展开较为困难。通过增设此装置，可以将触头32竖直方位的位移转化为接触式位移传感器38水平方向的伸缩量。整个运动方向转换组件39通过螺栓固定在基准杆40前部，增设了这一装置的目的是通过增加了测量量程的方式，解决因待测圆筒3内径较小而厚度变化量略大的问题。

还具有：转动摩擦轮23及驱动电机24及同步带25，用于驱动待测圆筒3转动360°；输送带6用于水平长度方向移动待测圆筒3；水平工作台、固定机架2、基准杆40、夹具等组成；霍尔传感器、光栅尺等辅助定位装置。当第一次测量开始时，待测圆筒3经过操作员放置于激光位移传感器测量头处，并将待测圆筒3大头越过测量头一部分。输送带6输送圆筒3向左移动至各被测表面，完成整个长度预测，同时驱动电机可以驱动待测圆筒3转动360°实现圆周方向测量。将待测圆筒3放置在工作台，定位后，测量工作量开始后，由驱动电机24驱动的同步带2将运动传递给传动轴，传动轴上的摩擦轮转动，管体在360度周向进行任意角度的旋转和锁定，两侧的两组转动摩擦轮23将待测圆筒转动，每转一周即完成一个位置一次周向测量。基准杆40与固定支架2，支撑小支撑平台4和大支撑平台7采用大理石材质，其结构精密质地均匀，稳定性好。强度大、硬度高。并具有：不生锈耐酸碱、不磁化、不变型、耐磨性好等优点。能在重负荷及一般温度下保持稳定；因待测圆筒3外形为圆筒状，直径小而长度较大，采取在待测圆筒3筒内部增设一个碳纤维成型的基准杆40。其具有较高的强度、刚度和较小的质量，降低了竖直运动滑台的承载，提升了运动过程的稳定性，能在对待测圆筒3进行测量的同时完成部分重量的承担工作。采用这两种材质，可以降低测量过程中的部分误差，从而提高测量精度。基准杆40安装在竖直升降滑台9上，基准杆40的外形为末端方形，中前端为圆柱形的一根中空长杆，测量模块中的电缆线路均经基准杆40中心长孔处引出。

在待测圆筒3厚度测量过程中，采用了滚动与制动相结合的方案。如图4所示，当待测圆筒3的周向测量完成后，为保证待测圆筒3能有效地停止旋转，在待测圆筒3两侧设置了停止装置。其工作原理为：当周向测量完成后，控制***向夹紧气缸21发送信号。在此作用下固定在夹紧气缸21伸长杆前端的夹紧滚轮22逐渐接近待测圆筒3，直至与之接触。在夹紧滚轮22给予的摩擦力的作用下，待测圆筒3快速停止转动。水平移动的输送带6和竖直运动的竖直升降滑台9处增设光栅尺，于驱动电机24旋转中心线处设置了角度编码器。这一举措可以有效地提高测量过程中的精准程度，其表现在：光栅尺可以精确感应出传送带带动待测圆筒3在水平方向的运动量；角度编码器可以精确测量出同步带25带动待测圆筒3旋转角度。这两者相互配合可以精确得出待测圆筒3在进给过程中每个直线坐标处和每个角度下各个角度的真实厚度。

以上详细叙述了本发明的优选实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，在本发明的技术构思范围之内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：包括控制器(1)、支撑平台、位于支撑平台上的传输带(6)、位于传输带上且用于带动待测圆筒(3)水平移动和绕周向转动的支撑架组件(5)、位于支撑平台上的固定支架(2)、水平向设置于固定支架上的第一单线轨滑台(15)、竖直向设置于支撑平台上的竖直升降滑台(9)、竖直向设置且与第一单线轨滑台的滑块相连的第二单线轨滑台(16)、与第二单线轨滑台的滑块相连接的且对准待测圆筒的激光位移传感器(20)、与待测圆筒同轴设置且右端伸入待测筒体内、左端与竖直升降滑台的滑块相连的基准杆(40)、位于基准杆右端且用于与激光位移传感器(20)相配合检测待测圆筒壁厚的运动方向转换组件(39)。

2.根据权利要求1所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述运动方向转换组件(39)包括与基准杆(40)相连的第一法兰(30)、与第一法兰相连的安装框架(36)、与基准杆同轴线设置于安装框架上且用于测量轴向位移的接触式位移传感器(38)、设置在安装框架上的竖直导轨(34)、穿设在竖直导轨上的支撑板(35)、位于支撑板上方且与待测圆筒内壁相接触的触头(32)、位于支撑板下方的弹簧(33)、与弹簧下端相连且与接触式位移传感器相接触的相切压块(37)以及保护壳(31)；与触头相连的弹簧在待测圆筒内壁的压力下压缩变形，使得与弹簧相连的相切压块往下运动，相切压块的斜面在下移过程中带动接触式位移传感器的触头向里收缩，从而间接测得待测圆筒内壁与基准间的距离。

3.根据权利要求1所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述支撑架组件(5)包括口字型框架(44)、沿着口字型框架纵向设置的纵向支撑杆(45)、位于口字型框架右端且横向设置的第一横向支撑杆(46)以及位于口字型框架左端且横向设置的第二横向支撑杆(47)，所述纵向支撑杆(45)上设置有用于夹紧待测圆筒且带动待测圆筒转动的夹紧驱动组件，第一横向支撑杆(46)和第二横向支撑杆(47)上架设有用于导向待测圆筒转动的夹紧滚轮组件，所述口字型框架(44)上设置有用于停止待测圆筒转动的止停组件。

4.根据权利要求3所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述夹紧驱动组件包括位于纵向支撑杆(45)上的卡盘底座(48)、位于卡盘底座上用于夹紧待测圆筒的气动三爪卡盘(26)、位于卡盘底座上的驱动电机(24)以及与驱动电机的输出轴相连用于带动气动三爪卡盘转动的同步带(25)。

5.根据权利要求3所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述夹紧滚轮组件包括对称设置在第一横向支撑杆上的一对右轴承座(49)、对称设置在第二横向支撑杆上的一对左轴承座(43)、穿设在右轴承座(49)和左轴承座(43)上的辅助支撑杆(27)以及穿设在辅助支撑杆上的转动摩擦轮(23)。

6.根据权利要求3所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述止停组件包括对称设置在待测圆筒两侧的夹紧气缸(21)以及位于夹紧气缸的输出轴上且相对设置的夹紧滚轮(22)。

7.根据权利要求1所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述第一单线轨滑台(15)的滑块上连接有用于确定基准零点的电子式千分表(12)。

8.根据权利要求1所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述固定支架(2)上设置有与第一单线轨滑台(15)平行的第一光栅尺(14)，该第一光栅尺的读数头(18)与第一单线轨滑台(15)的滑块相连。

9.根据权利要求1所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置，其特征在于：所述竖直升降滑台(9)旁侧并排设置有竖直光栅尺(8)，竖直光栅尺的读数头(10)与竖直升降滑台(9)的滑块相连；所述支撑架组件(5)旁侧并排设置有水平光栅尺(41)，水平光栅尺的读数头(42)与支撑架组件(5)相连。

10.一种根据权利要求1至9的任一所述的用于小内径大长度筒类结构壁厚测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

装配完成后，于激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头之间选择合适位置，放置厚度为m的标准测量块；该合适位置须满足以下条件：放置后的标准块水平朝上且角度偏差不超过3°、放置后标准块的上下表面须在激光位移传感器与接触式位移传感器的测量范围之内；

对激光位移传感器发光点与标准块上表面之间的距离进行测量，测量数据记为X₁；对运动方向转换组件的触头与标准块下表面的距离进行测量，测量数据记为X₂；则激光位移传感器发光点与运动方向转换组件的触头的距离初始数值X₀＝X₁+X₂+m；

在待测圆筒的被测区间内任选一点为标记点，记录标记点处待测圆筒处壁厚准确数值，数值记录为Y；

将待测圆筒进行装夹后，支撑架组件带动待测圆筒沿着传输带运动，直至激光位移传感器发射光点位于所做标记点上方，记录此时激光位移传感器与筒外壁距离数值，记录接触式位移传感器在筒内的形变量，分别记为x₁和x₂，则此时测得壁厚数值Y₀＝X₀-(x₁+x₂)；

计算***误差数值，即***误差数值δ＝Y₀-Y；

调整PLC内距离计算公式，去除***误差的影响，则待测圆筒实际壁厚数值ε＝X₀-δ-(μ₁+μ₂)，此时μ₁和μ₂分别代表激光位移传感器与筒外壁距离和接触式位移传感器在筒内的形变量。