可攜式孔板自動測量儀的製作方法

2023-05-18 12:16:21 2

專利名稱：可攜式孔板自動測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量裝置，尤其是一種可攜式孔板自動測量儀。
背景技術：
差壓式孔板流量計通常用於管道內流體流量的測量，而孔板是差壓式孔板流量計的關鍵部件，孔板自身的製造精度會對測量結果產生重大影響。因此，在實際工作中，需要精確測定孔板的開孔直徑、開孔圓度、孔板厚度、上、下遊端面的平行度、上遊端面的平面度、開孔圓筒部分長度、上遊端面與開孔圓筒部分入口邊緣銳度等多個參數。現有的孔板測量儀體積龐大，不能攜帶，各參數測量儀器分散，且操作方式複雜，不便於用戶現場使用。中國實用新型專利94215133.X號公開了一種孔板檢定裝置，該孔板檢定裝置由帶T形槽的零級平臺、傳動部件、測微表、活動測頭、固定測頭、定位測頭以及e值測量附件等組成。就該檢定裝置來說，其用於測量的測微表等測量機構只能由人工完成測量操作，在測量過程中採用人工讀數方式，不但測量精度低，而且無法直接利用計算機採集和處理數據，其儀器笨重，不便攜帶，無法進行現場檢測，從而存在著缺陷。

發明內容
本發明的目的是對上述現有孔板測量裝置的測量機構和與該測量機構相配合的基座結構進行改進，提供一種可攜式孔板自動測量儀。
本發明的可攜式孔板自動測量儀具有基座、孔板固定結構和測量機構，其特徵是在基座上設置有旋轉工作檯和計算機接口，所述旋轉工作檯具有臺面和底座，所述旋轉工作檯的臺面朝上且由設置在旋轉工作檯底座上的軸承支承，在基座與旋轉工作檯的底座之間設置有相互配合的Y向移動導向結構，所述基座具有位於旋轉工作檯上方的基座龍門架導軌，所述基座龍門架導軌沿X向設置，所述測量機構包括測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器，所述測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器均位於旋轉工作檯的上方，測量顯微鏡的底座、X向光柵位移傳感器的底座和Z向光柵位移傳感器的底座均套置在所述基座龍門架導軌上，X向光柵位移傳感器的測頭和Z向光柵位移傳感器的測頭均朝向旋轉工作檯的臺面，X向光柵位移傳感器的信號輸出端和Z向光柵位移傳感器的信號輸出端均與計算機接口相連接。在本發明中，所說的X向是指X軸方向，所說的Y向是指Y軸方向，所說的Z向則是指Z軸方向。在使用本發明的測量儀時，可以讓計算機接口與外設的計算機(如筆記本電腦)相連接。此後，利用孔板固定結構將待測量的孔板固定在旋轉工作檯的檯面上，由X、Z向光柵位移傳感器分別對孔板的開孔直徑、開孔圓度、孔板厚度、上遊端面的平面度和上、下遊端面的平行度進行測量，測得的數據直接通過計算機接口傳送至計算機，自動進行測量結果計算；同時，可由測量顯微鏡對孔板的開孔圓筒部分長度、上遊端面與開孔圓筒部分入口邊緣銳度進行測量。在本發明中，所採用的孔板固定結構可以是常規的結構，如常見的壓板夾持結構等。當然，為了更為簡便地將孔板在固定於旋轉工作檯上，還可以採用由氣孔、真空泵抽吸接口和連通通道構成的負壓式孔板固定結構。在該負壓式孔板固定結構中，氣孔設置在旋轉工作檯的檯面上，真空泵抽吸接口和連通通道則位於基座上，氣孔與真空泵抽吸接口之間經連通通道相連通。這樣，當將待測量的孔板置於旋轉工作檯的檯面上時，孔板板面就會將上述氣孔遮蓋，此時只需開啟與真空泵抽吸接口相接的真空泵，就可以利用真空泵在上述氣孔處產生的負壓，將孔板固定在旋轉工作檯的檯面上。另外，在本發明中，在對孔板進行測量時，X向光柵位移傳感器的測頭需要沿著X軸方向在一定範圍內運動，Z向光柵位移傳感器的測頭則需沿著Z軸方向在一定範圍內運動，同時，旋轉工作檯的底座需相對於基座在Y軸方向上運動(由Y向移動導向結構實現導向)，旋轉工作檯的臺面需在旋轉工作檯的底座上旋轉。上述X、Y、Z軸方向上的運動和旋轉工作檯的旋轉均可通過手動控制的方式實現。當然，為了讓本發明的測量儀具有更佳的性能，本發明推薦在測量儀中增設分別對上述X向光柵位移傳感器的測頭、旋轉工作檯的底座、Z向光柵位移傳感器的測頭和旋轉工作檯的臺面實施驅動的X向驅動、Y向驅動、Z向驅動及旋轉驅動的步進電機，並分別讓該X向驅動、Y向驅動、Z向驅動及旋轉驅動電機的控制信號輸入端與測量儀的計算機接口相連接。增設上述步進電機之後，即可在對孔板的測量過程中，通過計算機對上述X向驅動電機、Y向驅動電機、Z向驅動電機及旋轉驅動電機的動作實現控制，相應控制X向光柵位移傳感器測頭的X向運動、旋轉工作檯底座的Y向運動、Z向光柵位移傳感器測頭的Z向運動和旋轉工作檯臺面的旋轉，進一步提高本測量儀的測量精度和自動化測量水平。所設置的各個步進電機可以通過常規的傳動機構與被驅動件(X向光柵位移傳感器測頭、旋轉工作檯底座、Z向光柵位移傳感器測頭和旋轉工作檯臺面)之間實現傳動連接，由於所涉及的傳動結構均為現有的常規技術，此處不再贅述。此外，所設置的各步進電機的控制電路及其控制信號輸入端與計算機接口之間的電路連接也為現有的常規技術，並非本發明的發明要點，此處也不再贅述。在本發明的測量儀中，根據實際需要，還可以在基座上安裝表面粗糙度傳感器，以便測量孔板的表面粗糙度。
與前述現有同類產品相比，本發明的測量儀對測量機構和與該測量機構相配合的基座結構進行了改進，能夠在外設計算機的配合下，對孔板的開孔直徑、開孔圓度、孔板厚度、上、下遊端面的平行度、上遊端面的平面度、開孔圓筒部分長度、上遊端面與開孔圓筒部分入口邊緣銳度等多項參數進行綜合自動測量，能將所有測量結果輸入電腦資料庫保存，並可在需要時隨時調出，其測量結果、測試證書等均可自動列印，其測量精度高、操作簡便。
本發明的內容結合以下實施例作更進一步的說明，但本發明的內容不僅限於實施例中所涉及的內容。


圖1是實施例中測量儀的結構示意圖。
圖2是圖1的後視結構圖(卸去Z向光柵位移傳感器和測量顯微鏡)。
圖3是圖2的D部放大結構圖。
圖4是圖2的右視結構圖。
圖5是圖1中測量顯微鏡部分的結構示意圖(圖1中A向視圖)。
圖6是圖1中X向光柵位移傳感器部分的結構示意圖(圖1中B--B剖視圖)。
圖7是圖1中Z向光柵位移傳感器部分的結構示意圖(圖1中C向視圖)。
具體實施例方式
如圖1～7所示，本實施例中的可攜式孔板自動測量儀具有基座1、孔板固定結構和測量機構，其特徵是在基座1上設置有旋轉工作檯和計算機接口2，所述旋轉工作檯具有臺面3和底座4，所述旋轉工作檯的臺面3朝上且由設置在旋轉工作檯底座4上的軸承支承5，在基座1與旋轉工作檯的底座4之間設置有相互配合的Y向移動導向結構(參見圖3，本例中該導向結構由固定於底座4上的Y向移動導軌6、圓柱滾子7和隔離板8構成)，所述基座1具有位於旋轉工作檯上方的基座龍門架導軌9，所述基座龍門架導軌9沿X向設置，所述測量機構包括測量顯微鏡10、X向光柵位移傳感器11和Z向光柵位移傳感器12，所述測量顯微鏡10、X向光柵位移傳感器11和Z向光柵位移傳感器12均位於旋轉工作檯的上方，測量顯微鏡的底座13、X向光柵位移傳感器的底座14和Z向光柵位移傳感器的底座15均套置在所述基座龍門架導軌9上，X向光柵位移傳感器的測頭16和Z向光柵位移傳感器的測頭17均朝向旋轉工作檯的臺面3，X向光柵位移傳感器11的信號輸出端和Z向光柵位移傳感器12的信號輸出端均與計算機接口2相連接。在本實施例中，所設置的孔板固定結構由氣孔18、真空泵抽吸接口19和連通通道20構成，所述氣孔18設置於旋轉工作檯的臺面3上，所述真空泵抽吸接口19和連通通道20設置在基座上，所述氣孔18與真空泵抽吸接口19經連通通道20相連通。
在使用本實施例中的測量儀時，先利用計算機接口與外部的計算機(本例為筆記本電腦)相連接，同時，讓真空泵抽吸接口19與外設的真空泵相接。然後，將待測量的孔板25放置在旋轉工作檯的臺面3上，開啟真空泵，利用真空泵在氣孔18處產生的負壓，將待測量的孔板25固定在旋轉工作檯的臺面3上。此後，由X、Z向光柵位移傳感器11、12分別對孔板25的開孔直徑、開孔圓度、孔板厚度、上遊端面的平面度和上、下遊端面的平行度進行測量，測得的數據直接通過計算機接口傳送至計算機，自動進行測量結果計算；同時，可由測量顯微鏡10對孔板25的開孔圓筒部分長度、上遊端面與開孔圓筒部分入口邊緣銳度進行測量。就本用新型來說，為了得到上述測量結果，需要利用X向光柵位移傳感器11、Z向光柵位移傳感器12和測量顯微鏡10測得一定的參數並進行適當的運算，鑑於所涉及的測量原理及運算公式均為現有的公知技術，且運算過程由外設的計算機完成，故此處不再贅述。另外，前已述及，在測量過程中，X向光柵位移傳感器的測頭16需沿著X軸方向在一定範圍內運動，Z向光柵位移傳感器的測頭17則需沿著Z軸方向在一定範圍內運動，同時，旋轉工作檯的底座4需相對於基座1在Y軸方向上運動(由Y向移動導向結構實現導向)，旋轉工作檯的臺面3需在旋轉工作檯的底座4上旋轉。上述X、Y、Z軸方向上的運動和旋轉工作檯的旋轉均可通過手動控制的方式實現。但在本實施例中，為了使測量儀具有更佳的性能，在測量儀中增設了分別對上述X向光柵位移傳感器的測頭16、旋轉工作檯的底座4、Z向光柵位移傳感器的測頭17和旋轉工作檯的臺面3實施驅動的X向驅動、Y向驅動、Z向驅動及旋轉驅動的步進電機21、22、23、24，並分別讓該X向驅動、Y向驅動、Z向驅動及旋轉驅動電機21、22、23、24的控制信號輸入端與測量儀的計算機接口2相連接。這樣，就更進一步提高了測量儀的測量精度和自動化測量水平。在本實施例中，對上述驅動電機21、22、23、24施以控制的控制程序以及相對應的測量參數的提取，均由外設的電腦程式完成，並非本發明的發明要點，此處無需贅述。現僅就各參數的具體測量過程作如下介紹1、孔板開孔直徑和孔板圓度的測量a、將被測孔板25放置在旋轉工作檯的中心位置，按下真空泵開關，將孔板吸緊於旋轉工作檯的臺面3上(也可用壓板夾持被測孔板)；b、用手移動X向光柵位移傳感器11，使其測頭16處於孔板開孔邊緣約3毫米處，上下調整測頭16，使測頭圓弧的頂點正處於孔板的開孔圓筒孔壁的中間位置；c、在與計算機接口2相接的筆記本電腦中調出孔板測量程序，輸入被測孔板編號，檢定人員姓名，檢測日期，同時輸入檢測開始溫度，結束溫度和溫度修正係數；打開電腦中的系統設置程序並按孔板的開孔公稱直徑選擇測量時間，選擇旋轉工作檯底座的Y向移動值，將X向光柵位移傳感器的測頭用標準環規校準後的直徑值輸入系統設置程序中；開啟電腦中的建立通訊程序，然後開啟孔板開孔直徑及孔板圓度測量程序；d、在電腦程式的控制下，X向驅動步進電機21轉動，X向光柵位移傳感器的測頭16相應在X軸方向上動作，自動進行孔板開孔直徑和孔板圓度的參數測量；在測量過程中，Y向驅動步進電機22亦會在電腦程式控制下轉動，使旋轉工作檯的底座相對於基座在Y軸方向上運動，使X向光柵位移傳感器的測頭測得兩弦的長度值L1和L2，利用Y向移動的H值(系統設置中已輸入)，則可按公式dm＝d0+{L12+[H2+(L2/2)2-(L1/2)2]2/H2}1/2由計算機自動計算出開孔直徑dm和圓度Δd，避免了在孔徑測量中來回找轉折點的繁瑣操作。
f、筆記本電腦自動計算出孔板開孔直徑和孔板圓度的測量結果，並保存至計算機資料庫。
2、孔板厚度及上、下遊端面的平行度和上遊端面平面度的測量a、將X向光柵位移傳感器11移向龍門架導軌的一端，再使Z向光柵位移傳感器的測頭17下落至旋轉工作檯的臺面3上(該工作檯的臺面經研磨處理，作為測量平面度和平行度、厚度的相對基準面)；b、在筆記本電腦中開啟平面度及平行度測量程序；c、在電腦程式的控制下，Z向驅動步進電機23轉動，Z向光柵位移傳感器的測頭17相應在Z軸方向動作，自動進行測量；在測量過程中，測頭17以工作檯平面取下Z0值一組數據；當測量一周後移動Z向光柵位移傳感器的測頭17至孔板被測截面1上，此被測截面約在堰高的三分之一；當測量完一周後再移動Z向光柵位移傳感器的測頭17於孔板被測截面2上，此被測截面約在堰高的三分之二處；直至測量完畢，筆記本電腦發出測量完畢信號；另外，在上述測量過程中，在電腦程式的控制下，旋轉驅動步進電機24會適時轉動，相應使旋轉工作檯的臺面3轉動，配合Z向光柵位移傳感器的測頭17進行測量；d、筆記本電腦自動計算出孔板厚度及上、下遊端面的平行度和上遊端面平面度的測量結果，並保存至計算機資料庫。
3、孔板的開孔圓筒部分長度的測量a、移開Z向光柵位移傳感器15，將測量顯微鏡10移至被測孔板15的開孔處，並將顯微鏡中的專用90度反射鏡轉至光路中；用顯微鏡中升降手輪調節測量顯微鏡10，使通過反射鏡的照明光線直接照射在孔板開孔圓筒部分的開孔長度被測面上；調節升降手輪和調焦手輪，使顯微鏡能夠在視場中觀察到被測量的開孔圓筒部分清晰的輪廓象；b、旋轉顯微鏡測微鼓輪，使視場中0.1mm分劃板中任意一條刻線對準輪廓象的左邊(右邊)緣，從0.1mm窗中和微米窗中讀取數值a1；再轉動測微鼓輪，使0.1mm窗中任意一條刻線對準輪廓象的右邊(左邊)，同樣從0.1mm窗中和微米窗中讀取數值a2，此兩次讀數之差a2-a1，即為被測量孔板開孔圓筒部分的長度；將測量結果輸入筆記本電腦保存。
4、孔板上遊端面入口邊緣的銳度的測量
a、移出測量顯微鏡中的90度反射鏡，將測量顯微鏡中的135度反射鏡轉入顯微鏡光路中，調節顯微鏡，使入射光線直接照在上遊端面開孔入口的銳邊上，讓被測量入口銳邊的輪廓清晰成象在視場中央；b、旋轉工作檯一周，在視場中觀察找出孔板上遊端面開孔邊緣銳邊磨損最大位置，停止工作檯轉動，再調清晰視場中銳邊磨損的輪廓象；c、轉動測微鼓輪，使在0.1mm窗中任意一條刻線對準輪廓象的左邊(右邊)最高點，從0.1mm窗中和微米窗中讀取數值a1；再轉動測微鼓輪，使0.1mm窗中任意一條刻線對準輪廓象的右邊(左邊)的最高點，從0.1mm窗中和微米窗中讀取數值a2；兩次讀數之差即為被測量孔板上遊端面開孔入口邊緣磨損的寬度，其銳度 ；將測量結果輸入筆記本電腦保存。
在以上測量工作完成後，即可操作電腦，列印出測量結果或測試證書。
另外，根據實際需要，還可以在本實施例的基座1上安裝表面粗糙度傳感器，以便測量孔板的表面粗糙度。
本實施例中的測量儀結構新穎、緊湊，測量精度高，實用性強；其體積小(長430mm、寬200mm、高300mm)，重量輕(全套裝置重40Kg)，便於攜帶，適用於固定場合和流動場合對孔板的多參數進行測量。
權利要求
1.一種可攜式孔板自動測量儀，具有基座、孔板固定結構和測量機構，孔板固定結構、其特徵是在基座上設置有旋轉工作檯和計算機接口，所述旋轉工作檯具有臺面和底座，所述旋轉工作檯的臺面朝上且由設置在旋轉工作檯底座上的軸承支承，在基座與旋轉工作檯的底座之間設置有相互配合的Y向移動導向結構，所述基座具有位於旋轉工作檯上方的基座龍門架導軌，所述基座龍門架導軌沿X向設置，所述測量機構包括測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器，所述測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器均位於旋轉工作檯的上方，測量顯微鏡的底座、X向光柵位移傳感器的底座和Z向光柵位移傳感器的底座均套置在所述基座龍門架導軌上，X向光柵位移傳感器的測頭和Z向光柵位移傳感器的測頭均朝向旋轉工作檯的臺面，X向光柵位移傳感器的信號輸出端和Z向光柵位移傳感器的信號輸出端均與計算機接口相連接。
2.如權利要求所述的自動測量儀，其特徵是所述孔板固定結構由氣孔、真空泵抽吸接口和連通通道構成，所述氣孔設置於旋轉工作檯的檯面上，所述真空泵抽吸接口和連通通道設置在基座上，所述氣孔與真空泵抽吸接口經連通通道相連通。
全文摘要
一種可攜式孔板自動測量儀,具有基座、孔板固定結構和測量機構,孔板固定結構、其特徵是在基座上設置有旋轉工作檯和計算機接口,所述旋轉工作檯具有臺面和底座,在基座與旋轉工作檯的底座之間設置有相互配合的Y向移動導向結構,所述基座具有位於旋轉工作檯上方的基座龍門架導軌,所述測量機構包括測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器,所述測量顯微鏡、X向光柵位移傳感器和Z向光柵位移傳感器均位於旋轉工作檯的上方,測量顯微鏡的底座、X向光柵位移傳感器的底座和Z向光柵位移傳感器的底座均套置在所述基座龍門架導軌上,X向光柵位移傳感器的信號輸出端和Z向光柵位移傳感器的信號輸出端均與計算機接口相連接。
文檔編號G01B5/08GK1354356SQ0113374
公開日2002年6月19日 申請日期2001年12月27日 優先權日2001年12月27日
發明者楊春元, 羅鎮偉, 郝耀武, 袁平凡, 楊傑斌, 何敏, 雷孔成 申請人:中國測試技術研究院, 中國石油西南油氣田分公司天然氣計量檢測中心