專利名稱：一種光電式大直徑測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種測量大口徑的測量裝置。
二背景技術(shù)：
所謂大直徑，在工業(yè)界通常是指工件的直徑(或稱口徑)在小500mm 以上，有些工件的直徑在三米以上。例如水輪機、汽輪機、大型發(fā)電機組、 大型軸承圈等都屬于大直徑工件，舉世矚目的三峽工程中水輪發(fā)電機組的主 軸上口尺寸為小3050mm。
能夠精確的測量大直徑工件的幾何尺寸，在工程施工過程中具有重要的 價值和意義，對保證工程質(zhì)量和施工進度往往起到?jīng)Q定性作用。因此，精確 的測量大直徑工件的尺寸，成為業(yè)內(nèi)人士非常關(guān)注的問題。
長期以來國內(nèi)外學(xué)者對此進行了大量的研究，嘗試過多種測量方法，但 一直沒有太理想的儀器出現(xiàn)，對大直徑工件的測量，基本上停留在傳統(tǒng)的機 械測量方法的水平上。例如用大型卡尺進行測量；用ii尺進行測量；用電子 卡尺進行測量；用座標機進行測量；利用滾輪測量被測件周長，然后算出直 徑等等。
與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)，是清華大學(xué)梁晉文教授開發(fā)的光電瞄準 ——干涉測量裝置(《激光測量學(xué)》1998年科學(xué)出版社出版)如圖l所示 包括被測工件l、定位塊2、光電池3、準直激光器4、測量頭5、五角棱鏡 6、光電池7、靶鏡8、參考鏡9、干涉儀激光頭IO。
測量時，首先將定位塊2置于被測工件1的水平直徑的一端，準直激光 器4發(fā)出的激光束經(jīng)五角棱鏡6兩次反射后垂直入射到定位塊2的光電池3 上，準直激光器4發(fā)出的光束經(jīng)測量頭5中的五角棱鏡后分為兩部分， 一部 分光線直接射向與五角棱鏡6固定在一起的光電池7，形成基線，調(diào)整測量 頭的位置，使測量頭在測量過程中相對于準直光線的位置保持不變；另一部 分光線經(jīng)五角棱鏡6反射后與入射光線形成90。，形成瞄準基線，測量頭沿 導(dǎo)軌運動使該反射光線依次瞄準于被測工件1兩測量端點處的定位塊2上的
光電池3的中心。恰好對準光電池3中心位置時，干涉儀清零開始計數(shù)，這 時將定位塊2移到對徑位置并翻轉(zhuǎn)180° ，仍然使光電池向著五角棱鏡方向， 移動五角棱鏡6直到再次使激光束落到光電池3中心，讀出干涉儀的計數(shù)， 減去定位塊2翻轉(zhuǎn)偏離值就可算出直徑。
該測量裝置存在的主要問題是瞄準精度低；使用激光干涉儀，對使用 環(huán)境要求高，不適用于施工現(xiàn)場使用；五角棱鏡加工工藝難度大；系統(tǒng)成本 高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于簡化測量裝置結(jié)構(gòu)和 操作方法、降低成本，提高測量速度和工作效率，適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場操作，特設(shè) 計一種新的測量大直徑工件的裝置。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光電式大直徑測量裝置。解決技 術(shù)問題的技術(shù)方案如圖2所示包括被測工件11、測量系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)相同的定
位塊12和13、工作臺14、光柵尺15、電纜導(dǎo)線16、數(shù)顯箱17、光柵尺讀 數(shù)頭18、光具座19、導(dǎo)軌20、安裝塊21和22。
其中定位塊12和13結(jié)構(gòu)完全相同，如圖3和圖4示包括磁性塊23、 瞄準塊24、瞄準狹縫25、指示燈26、線路板27、單片機28、放大器29和 32、光敏二極管30和31、比較器33;光具座iO的結(jié)構(gòu)如圖5所示包括 光具座底板34、殼體通光孔35、光具座殼體36、透鏡37、激光器38、激光 器支架39、激光器驅(qū)動電路板40。
結(jié)構(gòu)相同的兩個定位塊12和13，通過它們的磁性塊23安裝在被測工件 ll的兩側(cè)的對徑位置上，兩個定位塊上的瞄準狹縫25的朝向相同，它們的 延長線在同一條直線上；兩條導(dǎo)軌20平行的固定在工作臺14的臺面上，光 柵尺15通過安裝塊21和22固定在工作臺14的臺面上，位于導(dǎo)軌20的外 側(cè)，使光柵尺15與導(dǎo)軌20平行，光具座19通過光具座底板34安裝在導(dǎo)軌 20上，能在兩根導(dǎo)軌20上移動，光具座19的激光光路光軸與兩根導(dǎo)軌20 垂直，在工作時激光光路光軸對準定位塊上的瞄準狹縫25;光柵尺讀數(shù)頭 18與光具座底板34固連，并隨光具座19的移動沿光柵尺15的長度方向移 動，光柵尺讀數(shù)頭18通過電纜導(dǎo)線16與數(shù)顯箱17的輸入端連接。
在定位塊12和13的瞄準塊24內(nèi)部，裝有線路板27，在線路板27上固 連裝有指示燈26、單片機28、光敏二極管30和31、放大器29和32、比較 器33;使得指示燈26對準瞄準塊24上的指示燈孔，光敏二極管30和31 位于瞄準狹縫25的后方，光敏二極管30的輸出端與放大器29的輸入端連 接，光敏二極管31的輸出端與放大器32的輸入端連接，放大器29和32的 輸出端與比較器33的輸入端連接，比較器33的輸出端與單片機28的輸入 端連接，單片機28的輸出端與指示燈26連接；在光具座殼體36內(nèi)部的一 端裝有激光器驅(qū)動電路板40，激光器38的管腳通過導(dǎo)線焊接在激光器驅(qū)動 電路板40上，激光器38安裝在激光器支架39上，在光具座19的另一端殼 體通光孔35內(nèi)測，與激光器38的光軸垂直裝有透鏡37，形成了激光器38、 透鏡37、殼體通光孔36的激光光路。 工作原理說明
本裝置采用光電瞄準方法非接觸瞄準，采用半導(dǎo)體激光器38發(fā)出的激光 光束通過透鏡37聚焦到瞄準狹縫25上，通過瞄準狹縫25后的光敏二極管 30和31接受激光能量，當光敏二極管30和31接受到的能量信號相等時， 即作為瞄準點。這種瞄準精度比已有技術(shù)的瞄準方法高，并且原理簡單，易
于實施。
工作時，首先安裝定位塊12和13，定位塊12和13要安裝在被測工件 的母線上，并且對徑安裝，安裝基準由被測工件基準線給出。
然后移動光具座19，瞄準第一個定位塊12，指示燈26亮，然后光柵尺 清零開始計數(shù)。移動光具座19，使激光束聚焦到第二個定位塊13上，進行 瞄準，瞄準后通過數(shù)顯箱讀出此時光柵尺讀數(shù)L。
最后計算工件尺寸，工件尺寸X-L-A，其中A為定位塊便宜量，為定位 塊制作好后的固定值。
本發(fā)明的積極效果該測量裝置瞄準精度高，測量精度可以達到士5y m， 工作穩(wěn)定、受環(huán)境影響小，成本低，操作方便，快捷，工作效率高，是比較 適用的用于測量大直徑工件的測量裝置。


圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中定位塊外觀結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明中定位塊的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明中光具座、光柵尺、導(dǎo)軌、工作臺的剖面結(jié)構(gòu)示意圖6是本發(fā)明中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 五具體實施例方式
本發(fā)明是按圖2所示的結(jié)構(gòu)實施，其中，定位塊12和13的具體部位按 圖3和圖4所示的結(jié)構(gòu)實施，光具座19按圖5所示的結(jié)構(gòu)實施。
工作臺14的材質(zhì)采用大理石，臺面尺寸為長4000mm,寬450mm，光柵 尺15采用海德漢LB382封閉式光柵尺，測量精度為士5um，數(shù)顯箱采用海 德漢ND281數(shù)顯箱，導(dǎo)軌20采用標準直線滾珠導(dǎo)軌，長度與工作臺的長度 匹配，兩條導(dǎo)軌平行安裝，瞄準塊24的材質(zhì)采用2Cr13，瞄準狹縫25采用 玻璃基底，瞄準狹縫尺寸為寬度10 U m，長度30mm，光敏二極管30和31采 用VISHAY公司BP104型PIN光電二極管。放大器29和32采用美國國家 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM124差分放大器，比較器33采用美國國家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的LM139，單片機28采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的89C51單片機，激光器 38采用三菱激光器，功率50mw，波段783nm，透鏡38材質(zhì)采用K9玻璃，焦距 300mm,殼體通光孔采用通孔，口徑采用10mm。
權(quán)利要求
1、一種光電式大直徑測量裝置，包括被測工件、定位塊，其特征在于還包括工作臺(14)、光柵尺(15)、電纜導(dǎo)線(16)、數(shù)顯箱(17)、光柵尺讀數(shù)頭(18)、光具座(19)、導(dǎo)軌(20)、安裝塊(21)和(22)；結(jié)構(gòu)相同的兩個定位塊(12)和(13)，通過它們的磁性快(23)安裝在被測工件(11)的兩側(cè)的對徑位置上，兩個定位塊上的瞄準狹縫(25)的朝向相同，它們的延長線在同一條直線上；兩條導(dǎo)軌(20)平行的固定在工作臺(14)的臺面上，光柵尺(15)通過安裝快(21)和(22)固定在工作臺(14)的臺面上，位于導(dǎo)軌(20)的外側(cè)，光柵尺(15)與導(dǎo)軌(20)平行，光具座(19)通過光具座底板(34)安裝在導(dǎo)軌(20)上，能在兩根導(dǎo)軌(20)上移動，光具座(19)的激光光路光軸與兩根導(dǎo)軌(20)垂直，在工作時激光光路光軸對準定位塊上的瞄準狹縫(25)；光柵尺讀數(shù)頭(18)與光具座底板(34)固連，并隨光具座(19)的移動沿光柵尺(15)的長度方向移動，光柵尺讀數(shù)頭(18)通過電纜導(dǎo)線(16)與數(shù)顯箱(17)的輸入端連接。
2、 按權(quán)力要求1所述的一種光電式大直徑測量裝置，其特征在于結(jié)構(gòu)相同的 兩個定位±哉12)和(13)中，包括磁性±哉23)、瞄準±^(24)、瞄準狹縫(25)、指示燈(26)、 線路板(27)、單片機(28)、放大徵29)和(32)、光敏二極斷30)和(31)、比較教33);在 定位±哉12)和(13)的瞄準與24)內(nèi)部，裝有線路板(27)，在線路板(27)上固連裝有指示 燈(26)、單片機(28)、光敏二極管(30)和(31)、放大戮29)和(32)、比較戮33);使得指 示燈(26)對7隹瞄準i哉24)上的指示燈 L光敏二極管(30)和(31)位于瞄準狹纟數(shù)25)的后 方，光敏二極管(30)的輸出端與放大對29)的輸入端連接，光敏二極管(31)的輸出端 與放大對32)的輸入端連接，放大戮29)和(32)的輸出端與比較教33)的輸入端連接， 比較對33)的輸出端與單片機(28)的輸入端連接，單片機(28)的輸出端與指示燈(26) 連接。
3、 按權(quán)力要求1所述的一種光電式大直徑測量裝置，其特征在于光具座 (19)包括光具座底板(34)、殼體通光孔(35)、光具座殼體(36)、透鏡(37)、激光 器(38)、激光器支架(39)、激光器驅(qū)動電路板(40);在光具座殼體(36)內(nèi)部的一 端裝有激光器驅(qū)動電路板(40)，激光器(38)的管腳通過導(dǎo)線焊接在驅(qū)動電路板 (40)上，激光器(38)安裝在激光器支架(39)上，在光具座(19)的另一端殼體通光 孔(35)內(nèi)測，與激光器(38)的光軸垂直裝有透鏡(37)，形成了激光器(38)、透鏡 (37)、殼體通光孔(36)的激光光路。
全文摘要
一種光電式大直徑測量裝置，屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種測量裝置，要解決的技術(shù)問題是提供一種光電式大直徑測量裝置。技術(shù)方案包括被測工件、定位塊、工作臺、光柵尺、電纜導(dǎo)線、數(shù)顯箱、光具座、導(dǎo)軌、安裝塊；定位塊通過它們的磁性塊安裝在被測工件的兩側(cè)的對徑位置上；兩條導(dǎo)軌平行的固定在工作臺的臺面上，光柵尺通過安裝塊固定在工作臺的臺面上，光柵尺與導(dǎo)軌平行；光具座安裝在導(dǎo)軌上，能在導(dǎo)軌上移動，光具座的激光光路光軸與兩根導(dǎo)軌垂直，在工作時激光光路光軸對準定位塊上的瞄準狹縫；光柵尺讀數(shù)頭通過電纜導(dǎo)線與數(shù)顯箱的輸入端連接。該裝置測量精度高，工作穩(wěn)定、受環(huán)境影響小，是比較適用的測量大直徑工件的測量裝置。
文檔編號G01B11/08GK101101198SQ20061001699
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者琳 李, 華 艾, 韓旭東 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所