CN207439384U - 大直径密封圈内外径精密测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大直径密封圈内外径精密测量仪。它包括测量平台、升降臂、摆动臂、磁致伸缩传感器、激光位移传感器和数据采集装置；升降臂一端安装在支架上，升降臂的另一端与摆动臂的一端活动连接；升降臂可上下升降,摆动臂可旋转摆动；磁致伸缩传感器包括一磁致伸缩游标测杆；磁致伸缩游标测杆安装在摆动臂上；磁致伸缩游标测杆上有两个游标，每个游标上部有一个磁环；每个游标下端有一个激光位移传感器；激光位移传感器、磁致伸缩传感器均与数据采集装置连接。本实用新型的大直径密封圈内外径精密测量仪，测量精度高,测量效率高，成本低，测量方便，可适应因人工放置引起的偏心问题。该仪器适用于其它圆圈形零件的内外径精密测量。

Description

大直径密封圈内外径精密测量仪

技术领域

本实用新型属于精密测量技术领域，涉及一种大直径密封圈内外径精密测量仪。

背景技术

密封件的内外径的精密测量，是由来已久的技术难题。传统的游标卡尺即属于接触式测量，由于密封件材料弹性较大，测量精度只能维持在毫米级范围内。对于直径小于300mm的中小型密封件，采用摄影等图像分析技术测量内外径，可以达到较高精度。而对于直径大于300mm的大中型密封件，一般只能采用π尺测量外径，采用大型游标卡尺测量内径，不仅存在接触式测量的“测不准”问题，还存在费时费力的问题。三坐标测量仪可以用于对直径大于300mm的大中型密封件进行内外径的精密测量，但是，三坐标测量仪除价格昂贵外，还存在采样点多，数据处理时间长，效率低的问题。

综上所述，现有技术中对于大直径密封圈(直径大于300mm的大中型密封件)的精密测量，缺少适当的测量仪器:传统的π尺测量精度低，而三坐标测量仪价格昂贵，测量效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种测量精度高、测量效率高、成本低的大直径密封圈内外径精密测量仪。

本实用新型的技术方案如下：

一种大直径密封圈内外径精密测量仪，它包括测量平台、升降臂、摆动臂、磁致伸缩传感器、激光位移传感器和数据采集装置；升降臂一端安装在支架上，升降臂的另一端与摆动臂的一端活动连接；升降臂可上下升降,摆动臂可旋转摆动；磁致伸缩传感器包括一磁致伸缩游标测杆；磁致伸缩游标测杆安装在摆动臂上；磁致伸缩游标测杆上套有两个游标，每个游标上部设有一个磁环(浮球)；每个游标下端设有一个激光位移传感器；两个激光位移传感器各有一个测头，靠内的激光位移传感器测头可测出该测头到密封圈内径圆的距离，靠外的激光位移传感器测头可测出该测头到密封圈外径圆的距离；激光位移传感器、磁致伸缩传感器均与数据采集装置连接。

进一步地，气缸竖直安装在升降臂下方，升降臂可由气缸推动升降。

进一步地，升降臂的另一端与摆动臂的一端通过旋转轴活动连接，摆动臂与旋转轴固定连接，旋转轴与驱动电机连接；摆动臂可由驱动电机驱动旋转。

进一步地，测量平台是圆形的。

进一步地，测量平台的圆心位于旋转轴轴心(摆动臂的支点)的正下方，即测量平台的圆心与旋转轴轴心(摆动臂的支点)在同一条竖直线上。

进一步地，升降臂和摆动臂都是水平的。

进一步地，磁致伸缩游标测杆内装有磁致伸缩线；电子仓设在磁致伸缩游标测杆的一端。

进一步地，数据采集装置与电控***连接。

更进一步地，测量平台安装在机柜上，机柜内设有PC机，机柜上设有与PC机连接的显示屏；数据采集装置与PC机的电控***连接，电控***将测量得到的数据进行计算、处理后将测量结果显示在显示屏上。

利用上述大直径密封圈内外径精密测量仪,测量大直径密封圈内外径的方法如下：将被测工件(大直径密封圈)放置在圆形测量平台上，尽可能使被测工件与测量平台同心；手动移动激光位移传感器测头，使被测工件密封圈大致处于两激光位移传感器测头的中间位置的下方，使激光位移传感器测头与密封圈之间的水平距离在20-40mm；启动测量按钮，升降气缸带动升降臂下移，由步进电机驱动的摆动臂带动激光位移传感器测头沿密封圈旋转一周，即完成测量数据的采集；由电控***将相关数据处理后把测量结果显示在屏幕上。

测量原理：摆动臂带动激光位移传感器和磁致伸缩传感器旋转一圈，两个激光位移传感器的测头可分别测出测头到密封圈内径圆和外径圆的距离，磁致伸缩传感器的两个磁环可精密测出两个激光位移传感器测头的测量路径圆的半径；将测量得到的数据通过公式进行计算，即得到大直径密封圈的内外径数据。

电控***将测量得到的数据通过如下公式进行计算，即得到密封圈的内径数据：

R_内＝(max_内+min_内)/2+r

上式中，R_内为密封圈的内径圆的半径；max_内和min_内分别表示靠内的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头到密封圈内径圆的最大距离和最小距离；r为靠内的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头的测量路径圆的半径。

电控***将测量得到的数据通过如下公式进行计算，即得到密封圈的外径数据：

R_外＝R-(max_外+min_外)/2

上式中，R_外为密封圈的外径圆的半径；R为靠外的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头的测量路径圆的半径；max_外和min_外分别表示靠外的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头到密封圈外径圆的最大距离和最小距离。

本实用新型的测量仪是一种采用位移传感器和非接触式测头等先进传感器元件的非接触式自动精密测量仪。该测量仪的测量范围定为150mm到1200mm,即可测的密封圈的最小内径不小于150mm,最大外径不超过1200mm。该测量仪的测量精度0.01mm,即通过标准钢制圆环校验后，重复测量精度不大于0.01mm。该测量仪的分辨力根据测量及位移传感器精度可达到8μm以下。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的大直径密封圈内外径精密测量仪及测量方法，将激光位移传感器和磁致伸缩传感器结合在一起，结构简单，设计巧妙，摆动臂带动激光位移传感器和磁致伸缩传感器旋转一圈，两个激光位移传感器的测头可分别测出测头到密封圈内径圆和外径圆的距离，磁致伸缩传感器的两个磁环可精密测出两个激光位移传感器测头的测量路径圆的半径，由此很好地解决了因人工放置被测工件引起偏心造成的问题，这样，只需通过简单的公式计算，即可得到大直径密封圈的内外径数据，由此使测量变得简单方便而快捷，提高了测量效率。

本实用新型的大直径密封圈内外径精密测量仪及测量方法，具有如下优点：

1)测量精度高，重度测量精度可达到0.01mm。

2)测量方便，可以适应因人工放置引起的偏心问题。

3)对比三坐标测量仪，测量成本低且测量效率较高。

4)可适用于其它圆圈形零件的内外径精密测量。

附图说明

图1是本实用新型一种大直径密封圈内外径精密测量仪的结构示意图；

图2是本实用新型中的密封圈内径测量原理图；

图3是本实用新型中的密封圈外径测量原理图。

图中：1、测量平台 2、被测工件 3、激光位移传感器 4、游标

5、磁致伸缩游标测杆 6、磁环 7、电子仓 8、摆动臂 9、气缸

10、驱动电机 11、升降臂 12、显示屏 13、机柜

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型一种大直径密封圈内外径精密测量仪，它包括测量平台1、升降臂11、摆动臂8、磁致伸缩传感器、激光位移传感器和数据采集装置、电控***；升降臂11和摆动臂8都是水平的；升降臂11一端安装在支架上，气缸9竖直安装在升降臂11下方，升降臂11可由气缸9推动升降；升降臂11的另一端与摆动臂8的一端通过旋转轴活动连接，摆动臂与旋转轴固定连接，旋转轴的上端与驱动电机10连接；摆动臂8可由设在其上方的驱动电机10(步进电机)驱动旋转。磁致伸缩传感器(即磁致伸缩线性位移传感器)包括一磁致伸缩游标测杆5；磁致伸缩游标测杆5安装在摆动臂8上；磁致伸缩游标测杆5内装有磁致伸缩线(波导丝)；电子仓7设在磁致伸缩游标测杆的一端；磁致伸缩游标测杆5上套有两个游标4，每个游标上部安装有一个与磁致伸缩游标测杆5不接触的磁环6(浮球)；每个游标下端设有一个激光位移传感器3。

测量平台1是圆形的，测量平台的圆心位于旋转轴轴心(摆动臂的支点)的正下方，即测量平台的圆心与旋转轴轴心(摆动臂的支点)在同一条竖直线上。测量平台1安装在机柜13上，机柜内设置有工业PC机，机柜上设有与PC机连接的显示屏12；激光位移传感器3、磁致伸缩传感器5均与数据采集装置连接，数据采集装置与PC机的电控***连接，电控***将测量得到的数据进行计算、处理后将测量结果显示在显示屏12上。

一种利用上述大直径密封圈内外径精密测量仪,测量大直径密封圈内外径的方法如下：将被测工件2(大直径密封圈)放置在圆形测量平台1上，尽可能使被测工件2与测量平台1同心；手动移动激光位移传感器测头(简称激光测头)，使密封圈大致处于两激光测头的中间位置的下方，使两激光测头与密封圈之间的水平距离约30mm。启动测量按钮，升降气缸带动升降臂下移，由步进电机驱动的摆动臂带动激光测头沿密封圈旋转一周，即完成测量数据的采集。由电控***将相关数据处理后将测量结果显示在屏幕上。

测量原理如下:摆动臂带动激光位移传感器和磁致伸缩传感器绕被测工件2(密封圈)旋转一圈，靠内的激光位移传感器测头可测出该测头到密封圈内径圆的距离，磁致伸缩传感器的内磁环(靠内的磁环)可精密测出靠内的测头的测量路径圆的半径；靠外的激光位移传感器测头可测出该测头到密封圈外径圆的距离,磁致伸缩传感器的外磁环(靠外的磁环)可精密测出靠外的测头的测量路径圆的半径；激光位移传感器、磁致伸缩传感器将上述实测数据通过数据采集装置输送到PC机的电控***，PC机的电控***(数据处理模块)将测量得到的数据进行计算、处理后将测量结果(大直径密封圈的内外径)显示在显示屏12上。

如图2所示，大直径密封圈的内径测量原理和公式推导过程及方法如下：图2中，实线大圆代表被测工件密封圈的内径圆，实线大圆半径即密封圈内径用R表示；虚线小圆代表激光测头的测量路径圆，虚线小圆半径用r表示。两圆心之间的偏差距离用e表示。激光测头扫描一圈，可以精确测量出AB，CD等一系列数值，即测头到密封圈内径圆的距离。即：AB,CD等值由激光测距传感器测得。max_内和min_内分别表示靠内的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头到密封圈内径圆的最大距离和最小距离，即该测头的扫描值中的最大值AB和最小值CD。虚线小圆的半径r由磁致伸缩传感器的内磁环精密测量得到。

通过几何计算，可以得出图2中实线大圆半径(即密封圈内径)R_内的计算公式如下。

图2中，AB＝max_内,CD＝min_内，O₁O₂＝e,

O₁A＝O₁C＝r,e＝(max_内-min_内)/2.

O₂B＝AB+O₁A-O₁O₂＝max_内+r-e

O₂D＝CD+O₁C+O₁O₂＝min_内+r+e

R_内＝(O₂B+O₂D)/2＝(max_内+min_内)/2+r

如图3所示，大直径密封圈的外径测量原理和公式推导过程及方法如下：图3中，实线小圆代表被测工件2密封圈的外径圆，实线小圆半径用r表示；虚线大圆代表激光测头的测量路径圆，虚线大圆半径用R表示。两圆心之间的偏差距离用e表示。激光测头扫描一圈，可以精确测量出AB，CD等一系列数值，即测头到密封圈外径圆的距离。即：AB,CD等值由激光测距传感器测得。max_外和min_外分别表示靠外的激光位移传感器测头旋转一圈，该测头到密封圈外径圆的最大距离和最小距离,即该测头的扫描值中的最大值CD和最小值AB。虚线大圆的半径R由磁致伸缩传感器的外磁环精密测量得到。

通过几何计算，可以得出图3中实线小圆半径(即密封圈外径)R_外的计算公式如下。

图3中，AB＝min_外,CD＝max_外，O₁O₂＝e，

O₁B＝O₁D＝R，O₁C＝R-max_外.

O₂A＝O₁B-AB-O₁O₂＝R-min_外-e

O₂C＝O₁C+O₁O₂＝R-max_外+e

R_外＝(O₂A+O₂C)/2＝R-(max_外+min_外)/2

该测量仪是一种采用位移传感器和非接触式测头等先进传感器元件的非接触式自动精密测量仪。测量范围定为150mm到1200mm,即可测的密封圈的最小内径不小于150mm,最大外径不超过1200mm。测量精度0.01mm,即通过标准钢制圆环校验后，重复测量精度不大于0.01mm。分辨力根据位移传感器精度可达到8μm以下。

Claims (9)

1.一种大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，它包括测量平台、升降臂、摆动臂、磁致伸缩传感器、激光位移传感器和数据采集装置；升降臂一端安装在支架上，升降臂的另一端与摆动臂的一端活动连接；升降臂可上下升降,摆动臂可旋转摆动；磁致伸缩传感器包括一磁致伸缩游标测杆；磁致伸缩游标测杆安装在摆动臂上；磁致伸缩游标测杆上套有两个游标，每个游标上部设有一个磁环；每个游标下端设有一个激光位移传感器；激光位移传感器、磁致伸缩传感器均与数据采集装置连接。

2.如权利要求1所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，气缸竖直安装在升降臂下方，升降臂可由气缸推动升降。

3.如权利要求1所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，升降臂的另一端与摆动臂的一端通过旋转轴活动连接，摆动臂与旋转轴固定连接，旋转轴与驱动电机连接，摆动臂可由驱动电机驱动旋转。

4.如权利要求3所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，测量平台是圆形的。

5.如权利要求4所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，测量平台的圆心位于旋转轴轴心的正下方。

6.如权利要求1、2或3所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，升降臂和摆动臂都是水平的。

7.如权利要求1、2或3所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，磁致伸缩游标测杆内装有磁致伸缩线；电子仓设在磁致伸缩游标测杆的一端。

8.如权利要求1、2或3所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，数据采集装置与电控***连接。

9.如权利要求8所述的大直径密封圈内外径精密测量仪，其特征在于，测量平台安装在机柜上，机柜内设有PC机，机柜上设有与PC机连接的显示屏；数据采集装置与PC机的电控***连接。