[发明专利]一种光电式大直径测量装置

说明书

一、技术领域

本发明属于光电检测技术领域中涉及的一种测量大口径的测量装置。

二、背景技术

所谓大直径，在工业界通常是指工件的直径(或称口径)在φ500mm以上，有些工件的直径在三米以上。例如：水轮机、汽轮机、大型发电机组、大型轴承圈等都属于大直径工件，举世瞩目的三峡工程中水轮发电机组的主轴上口尺寸为φ3050mm。

能够精确的测量大直径工件的几何尺寸，在工程施工过程中具有重要的价值和意义，对保证工程质量和施工进度往往起到决定性作用。因此，精确的测量大直径工件的尺寸，成为业内人士非常关注的问题。

长期以来国内外学者对此进行了大量的研究，尝试过多种测量方法，但一直没有太理想的仪器出现，对大直径工件的测量，基本上停留在传统的机械测量方法的水平上。例如用大型卡尺进行测量；用π尺进行测量；用电子卡尺进行测量；用座标机进行测量；利用滚轮测量被测件周长，然后算出直径等等。

与本发明最为接近的已有技术，是清华大学梁晋文教授开发的光电瞄准——干涉测量装置(《激光测量学》1998年科学出版社出版)如图1所示：包括被测工件1、定位块2、光电池3、准直激光器4、测量头5、五角棱镜6、光电池7、靶镜8、参考镜9、干涉仪激光头10。

测量时，首先将定位块2置于被测工件1的水平直径的一端，准直激光器4发出的激光束经五角棱镜6两次反射后垂直入射到定位块2的光电池3上，准直激光器4发出的光束经测量头5中的五角棱镜后分为两部分，一部分光线直接射向与五角棱镜6固定在一起的光电池7，形成基线，调整测量头的位置，使测量头在测量过程中相对于准直光线的位置保持不变；另一部分光线经五角棱镜6反射后与入射光线形成90°，形成瞄准基线，测量头沿导轨运动使该反射光线依次瞄准于被测工件1两测量端点处的定位块2上的光电池3的中心。恰好对准光电池3中心位置时，干涉仪清零开始计数，这时将定位块2移到对径位置并翻转180°，仍然使光电池向着五角棱镜方向，移动五角棱镜6直到再次使激光束落到光电池3中心，读出干涉仪的计数，减去定位块2翻转偏离值就可算出直径。

该测量装置存在的主要问题是：瞄准精度低；使用激光干涉仪，对使用环境要求高，不适用于施工现场使用；五角棱镜加工工艺难度大；系统成本高。

三、发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于简化测量装置结构和操作方法、降低成本，提高测量速度和工作效率，适应工业现场操作，特设计一种新的测量大直径工件的装置。

本发明要解决的技术问题是：提供一种光电式大直径测量装置。解决技术问题的技术方案如图2所示：包括被测工件11、测量系统有结构相同的定位块12和13、工作台14、光栅尺15、电缆导线16、数显箱17、光栅尺读数头18、光具座19、导轨20、安装块21和22。

其中定位块12和13结构完全相同，如图3和图4示：包括磁性块23、瞄准块24、瞄准狭缝25、指示灯26、线路板27、单片机28、放大器29和32、光敏二极管30和31、比较器33；光具座19的结构如图5所示：包括光具座底板34、壳体通光孔35、光具座壳体36、透镜37、激光器38、激光器支架39、激光器驱动电路板40。

结构相同的两个定位块12和13，通过它们的磁性块23安装在被测工件11的两侧的对径位置上，两个定位块上的瞄准狭缝25的朝向相同，它们的延长线在同一条直线上；两条导轨20平行的固定在工作台14的台面上，光栅尺15通过安装块21和22固定在工作台14的台面上，位于导轨20的外侧，使光栅尺15与导轨20平行，光具座19通过光具座底板34安装在导轨20上，能在两根导轨20上移动，光具座19的激光光路光轴与两根导轨20垂直，在工作时激光光路光轴对准定位块上的瞄准狭缝25；光栅尺读数头18与光具座底板34固连，并随光具座19的移动沿光栅尺15的长度方向移动，光栅尺读数头18通过电缆导线16与数显箱17的输入端连接。