[发明专利]柱状体外周形状测量装置与方法

权利要求书

1.一种柱状体外周形状测量装置，其特征在于，包括外部机架[1]、定位支撑装置、位置编码读取装置、驱动装置、初始定位装置、转环[12]、测距模块[14]和控制与显示模块；

所述驱动装置、定位支撑装置、位置编码读取装置、初始定位装置和控制与显示模块均设置在外部机架[1]上，外部机架[1]的中部开有圆形通孔，圆形通孔的内壁设置转环[12]，转环[12]上设置测距装置[14]，所述测距装置[14]包括至少一个测距探头，所述测距探头均对准转环[12]的圆心，驱动装置用于驱动转环[12]旋转，定位支撑装置用于对转环[12]进行支持定位，位置编码读取装置用于确定转环角度；所述驱动装置、测距模块[14]、位置编码读取装置、初始定位装置均与控制与显示模块相连。

2.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，所述测距装置[14]包括四个相同的测距探头，该四个测距探头均匀的分布在转环[12]上；所述测距探头为光学测距探头或超声测距探头。

3.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，还包括内部防护环[13]，该内部防护环[13]位于转环[12]的内侧。

4.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，所述驱动装置包括驱动滑轮[8]和驱动电机[9]，所述驱动滑轮[8]在驱动电机[9]的带动下旋转，该驱动滑轮[8]通过固定件固定在外部机架[1]上并与转环[12]相接触。

5.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，所述定位支撑装置的数量大于等于1，每个定位支撑装置均包括固定件[2]和支撑滑轮[3]，所述支撑滑轮[3]通过固定件[2]设置在外部机架[1]上，每个支撑滑轮[3]均与转环[12]相接触。

6.根据权利要求5所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，支撑滑轮[3]的外周开有凹槽，转环[12]的周边嵌套在支撑滑轮[3]外周的凹槽内；或者，转环[12]的外周开有凹槽，支撑滑轮[3]的周边嵌套在转环[12]外周的凹槽内。

7.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，位置编码读取装置包括编码器支架[4]、编码器弹簧[5]、编码器[6]和编码器接触轮[7],所述编码器[6]设置在编码器支架[4]上，编码器[6]上装有编码器接触轮[7]，所述编码器接触轮[7]与转环[12]相接触，编码器支架[4]上还设置编码器弹簧[5]，编码器弹簧[5]的另一端与外部机架[1]相连。

8.根据权利要求1所述的柱状体外周形状测量装置，其特征在于，测距探头上设置充电电池，充电电池由与其配套的无线充电器充电，无线充电器包括无线充电接收模块和无线充电发送模块，所述无线充电接收模块设置在转环[12]上并与充电电池相连，为其充电，无线充电发送模块设置在外部机架[1]上；

或者转环[12]的外周设置一组以上的导电环，在外部机架[1]上设置对应的导电刷，所述导电刷与导电环相接触，形成外部机架和内部转环的电连接，从而对转环上的测距探头供电。

9.一种基于权利要求1所述柱状体外周形状测量装置的标定方法，其特征在于，采用全周旋转的标定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将两个标定物支撑台置于测量装置外部机架[1]的两侧，并通过外部机架[1]上的定位孔[16]确定位置，放置半径为R的圆柱形标定物于支撑台上，标定物穿过测量转环，其轴向与转环[12]所在平面垂直，标定物的中心轴靠近测量环的中心；

步骤2、测量系统初始化，将转环[12]归位到初始位置；

步骤3、运行一次测量，并记录测量数据；

步骤4、采用最小二程法对测量的数据进行曲线拟合，使拟合误差最小，计算出拟合的圆和圆心（X₀，Y₀）；

步骤5、将所有测量的数据减去（X₀，Y₀），得到归中心后的测量数据；

步骤6、将归中心后的测试数据与半径为R的圆的标准数据相减，得出的偏差即为系统误差，将此误差数据保存到控制与显示模块用于以后的测量补偿。

10.一种基于权利要求1所述柱状体外周形状测量装置的标定方法，其特征在于，采用局部旋转的标定方法，具体包括以下步骤：

步骤A、将两个标定物支撑台置于测量装置外部机架[1]的两侧，并通过外部机架[1]上的定位孔[16]确定位置，放置半径为R的圆柱形标定物于支撑台上，标定物穿过测量转环，其轴向与转环[12]所在平面垂直，标定物的中心轴靠近测量环的中心；

步骤B、测量系统初始化，将转环[12]归位到初始位置；

步骤C、运行一次测量，并记录测量数据；

步骤D、将两个标定物支撑台平移到另一固定位置，标定物随之平移距离D，所述D＞0；

步骤E、再次运行一次测量，并记录测量数据；

步骤F、采用最小二乘法对两次测量数据进行圆弧的拟和，圆心一的坐标为：（X₀，Y₀）；圆心二的坐标为：（X₀+d，Y₀+sqrt(D²-d²) ），d表示平移平台移动距离D后圆心在X方向的分量；

步骤G、采用最小二乘数值求解法使两组数据拟和后的综合误差最小，计算出此时的X₀，Y₀和d；

步骤L、将第一组数据减去（X₀，Y₀），将第二组数据减去（X₀+d，Y₀+sqrt(D²-d²) ），得到两组归中心后的数据；

步骤I、将归中心后的测试数据与半径为R的圆的标准数据相减，得出的偏差即为系统误差，将此误差数据保存到控制与显示模块用于以后的测量补偿。