一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法技术

一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法，包括一个准备测量装置的步骤，采用激光位移传感器，激光位移传感器围绕被测柱形工件转动或者被测柱形工件绕本身中轴转动，而激光位移传感器固定不动；一个数据测量和记录的步骤，在被测柱形工件上选定测量点数Ｍ；然后开始测量，将测量数据按一定规则，每４个点组为一组，将４个点拟合为一个圆，再计算两个对角短圆弧的弧长之和，得到该４点组的直径、以及弧长，将所有４点组的弧长相加，即得到所需的周长；在所有４点组的直径中找出最大、最小值，即得到所需的最大、最小直径。本发明专利技术使周长测量的精度、稳定性有了提高，且对工件圆度及安装的对中度的要求降低很多，具有很好的工程应用价值。

A method of measuring the circumference and the maximum and minimum diameter of cylindrical workpiece

【技术实现步骤摘要】
一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法
本专利技术涉及物理领域，尤其涉及测量技术，特别是一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法。
技术介绍
柱形工件，例如罐车生产过程中制作的封盖，加工出来后，其大小一致性并不理想，由此需要人工测量其边沿的外圆周长，再按测量值分组，并逐一与筒体进行选配，最后跟筒体焊接。由于封盖直径在3m上下，人工测量并不方便，且效率低、易出错。由于封盖除了大小偏差之外，圆度也有偏差，也即有一定的椭圆变形，同时还难以精准测量最大直径、最小直径以及它们的角度位置，焊装时调整难度大。现有技术中没有自动化测量方案。传统的做法一般有：A、使用距离测量滚轮沿圆周滚动一圈，直接测得周长。B、使用测距传感器测量圆周上均匀分布的测量点处的坐标(或半径)，然后计算每个小扇形的弧长，再计算周长。C、使用测距传感器测量圆周上均匀分布的测量点处的坐标(或半径)，然后计算每根弦的弦长再求和，得到周长。上述传统采莲方案的缺点如下：1)采用测量滚轮的方法的缺点：接触式测量容易打滑、磨损，重复测量精度不高，可靠性不高；自动测量机构相对复杂；不能得到最大、最小直径及其位置；2)采用扇形弧长的方法的缺点：工件的装夹对中度对周长的测量结果影响较大，精度不高；工件圆度及装夹对中度对最大、最小直径及其位置的计算结果影响较大；3)采用弦长计算的方法的缺点：要求采集点数比较密集，才能得到较高的周长精度；工件圆度及装夹对中度对最大、最小直径及其位置的计算影响较大。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法，所述的这种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法要解决现有技术中测量大型柱形工件的外圆周长及最大最小直径精度不高的技术问题。本专利技术提供了一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法，包括如下步骤：1)一个准备测量装置的步骤，在所述的准备测量装置的步骤中，将一个激光位移传感器和一个控制系统连接；2)一个数据测量和记录的步骤，在所述的数据测量和记录的步骤中，首先在待测的柱形工件上选定M个测量点，M为大于2的偶数；然后利用所述的控制系统读取所述的激光位移传感器的值并记录为d0，同时，使柱形工件和激光位移传感器在柱形工件的径向平面内产生相对圆周运动，并在所述的相对圆周运动达到1/M个圆周时，再读取激光位移传感器的值并记录为d1，重复上述动作M次，记录激光位移传感器的值为d2、d3、…dM，柱形工件和激光位移传感器在柱形工件的径向平面内的相对圆周运动是激光位移传感器围绕柱形工件转动、或者是激光位移传感器位置固定而柱形工件绕其本身中轴转动，3)一个数据处理的步骤，a)计算每个测量点的半径值ri：i＝0～M；ri＝D0+Di；D0为激光位移传感器零位到圆周运动中轴的距离；di为激光位移传感器的第i点测量数据；b)设N＝M/2；j＝0～N-1；利用第j点、第j+1点、以及第N+j点、第N+j+1点的数据来拟合圆Cj；称该4点数据为j点组；假设这4个点的半径值是rj、rj1、rNj、rNj1；c)通过几何方法，可得到j点组的拟合半径Rcj：rj为j点组的第j点半径；rj1为j点组的第j+1点半径；rNj为j点组的第N+j点半径；rNj1为j点组的第N+j+1点半径；θ为第j点与第j+1点间的夹角：d)j点组的弧长为：Lj+LNj＝2RcjθLj为拟合圆Cj在第j点与第j+1点之间的弧长；LNj为拟合圆Cj在第N+j点与第N+j+1点之间的弧长；Rcj为j点组的拟合半径；θ为第j点与第j+1点间的夹角：e)通过计算0～N-1点组的拟合半径，得到0～N-1点组的拟合弧长，求和算出工件周长：C为工件周长；Lj为拟合圆Cj在第j点与第j+1点之间的弧长；j＝0～N-1；LNj为拟合圆Cj在第N+j点与第N+j+1点之间的弧长；j＝0～N-1；Rcj为j点组的拟合半径；j＝0～N-1；θ为第j点与第j+1点间的夹角：f)最大直径Dmax及最小直径Dmin：Dmax＝2Max(Rcj)；Dmin＝2Min(Rcj)；Rcj为j点组的拟合半径；j＝0～N-1。进一步的，所述的测量装置包括伺服转台、控制系统、激光位移传感器和被测柱形工件，所述的伺服转台与所述的控制系统连接，所述的激光位移传感器与所述的控制系统连接，将待测所述的柱形工件固定于所述的伺服转台上，所述的激光位移传感器沿着所述的伺服转台的径向方向对准所述的被测柱形工件的柱面。或者，所述的测量装置包括伺服转台、控制系统、激光位移传感器和被测柱形工件，所述的伺服转台与所述的控制系统连接，所述的激光位移传感器与所述的控制系统连接，将激光位移传感器固定于所述的伺服转台上，被测柱形工件固定设置，所述的伺服转台带动激光位移传感器围绕被测柱形工件转动。或者，所述的测量装置包括控制系统、激光位移传感器和被测柱形工件，所述的激光位移传感器与所述的控制系统连接，被测柱形工件固定设置，激光位移传感器安装在龙门桁架结构上，围绕被测柱形工件作圆周插补运动。本专利技术采用了分段圆弧拟合的方案。本专利技术直接针对测量目标数据(也即周长、最大/最小直径)进行数据处理。本专利技术的测量方法是将测量数据按一定规则，每4个点组为一组，将4个点拟合为一个圆，再计算两个对角短圆弧的弧长之和，这样得到了该4点组的直径、以及弧长，将所有4点组的弧长相加，即可得到所需的周长；在所有4点组的直径中找出最大、最小值，即可得到所需的最大、最小直径。本专利技术的工作原理是：通过对相邻点及其对角点的共圆拟合，得到每个细分局部的弧长及半径，在通过求和得到整圆周长。对所有得到的半径作取最大值、最小值操作，得到最大半径及最小半径，也即得到最大直径及最小直径。本专利技术的测量方法易于计算，在PLC中就可以实现算法；较少的采集数据可以得到较高的测量精度，100个点就可以得到0.03％～0.04％的精度；对装夹要求不高：工件装夹的对中度对测量精度几乎没有影响；工件外形圆度对测量精度影响极小；标定操作十分简便。本专利技术与传统方案相比，优点如下：1)重复测量精度高、可靠性高，算法能直接得到周长、最大最小直径及其位置。2)较少的测量点数可以得到较高的精度。3)工件的圆度及装夹对中度对测量的影响非常小。本专利技术和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本专利技术通过算法的创新，使周长测量的精度、稳定性有了提高，且对工件圆度及安装的对中度的要求降低很多，具有很好的工程应用价值。本专利技术所采用的标定方式，对标定工具要求不高，便于现场实施。附图说明图1是本专利技术的一个实施例中的测量装置的正视示意图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：/n1)一个准备测量装置的步骤，在所述的准备测量装置的步骤中，将一个激光位移传感器和一个控制系统连接；/n2)一个数据测量和记录的步骤，在所述的数据测量和记录的步骤中，首先在待测的柱形工件上选定M个测量点，M为大于2的偶数；然后利用所述的控制系统读取所述的激光位移传感器的值并记录为d

【技术特征摘要】
1.一种柱形工件的外圆周长及最大最小直径的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)一个准备测量装置的步骤，在所述的准备测量装置的步骤中，将一个激光位移传感器和一个控制系统连接；
2)一个数据测量和记录的步骤，在所述的数据测量和记录的步骤中，首先在待测的柱形工件上选定M个测量点，M为大于2的偶数；然后利用所述的控制系统读取所述的激光位移传感器的值并记录为d0，同时，使柱形工件和激光位移传感器在柱形工件的径向平面内产生相对圆周运动，并在所述的相对圆周运动达到1/M个圆周时，再读取激光位移传感器的值并记录为d1，重复上述动作M次，记录激光位移传感器的值为d2、d3、…dM，柱形工件和激光位移传感器在柱形工件的径向平面内的相对圆周运动是激光位移传感器围绕柱形工件转动、或者是激光位移传感器位置固定而柱形工件绕其本身中轴转动，
3)一个数据处理的步骤，
a)计算每个测量点的半径值ri：i＝0～M；
ri＝D0+di；
D0为激光位移传感器零位到圆周运动中轴的距离；
di为激光位移传感器的第i点测量数据；
b)设N＝M/2；j＝0～N-1；
利用第j点、第j+1点、以及第N+j点、第N+j+1点的数据来拟合圆Cj；称该4点数据为j点组；
假设这4个点的半径值是rj、rj1、rNj、rNj1；
c)通过几何方法，可得到j点组的拟合半径Rcj：



rj为j点组的第j点半径；
rj1为j点组的第j+1点半径；
rNj为j点组的第N+j点半径；
rNj1为j点组的第N+j+1点半径；
θ为第j点与第j+1点间的夹角：



d)j点组的弧长为：
Lj+LNj＝2Rcjθ
Lj为拟合圆Cj在第j点与第j+1点之间的弧长；
LNj为拟合圆Cj在第N+j点与第N+j+1点之间的弧长；
Rcj为j点组的...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃江华，李利强，
申请(专利权)人：上海中车瑞伯德智能系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31