基于高精度同轴定位的多参数内径测量系统与测量方法

摘要

本发明涉及一种基于高精度同轴定位的多参数内径测量系统与测量方法，包括行走定位机构、激光位移传感器、激光测距仪、电机驱动装置、微控制模块、无线传输网络、上位机软件、便携式电源、光学倾斜测角装置以及多点测温补偿装置。系统由靠柔性件联接的双锥体联动机构实现两面六点定轴。激光位移传感器用于测量相对位移量。激光测距仪用于测量轴向前进距离。四个伺服电机分别驱动定位机构、双轮行走、测量臂旋转。微控制模块实现数据采集、状态检测、电机控制等。无线传输网络实现下位机和上位机所有信息传递。上位机软件用于数据处理和测量控制。便携式电源为整个系统提供能量。本测量系统能够自动测量圆孔、锥孔的直径、圆度、圆柱度、圆锥度等综合参数，测量效率高、量程大、使用范围广。

主权项

一种高精度同轴定位的多参数内径测量系统，它包括硬件部分和上位机软件部分：行走定位机构，用于系统的自动行走以及精密定位；激光位移传感器，用于非接触式测量以获取内径数据；激光测距仪，用于非接触式大尺寸测量和测量数据的蓝牙传输；电机驱动装置，用于控制电机的转动；微控制模块，用于数据采集、状态监测以及协调运动控制；上位机软件，用于参数设置、运动控制、数据处理和显示；便携式电源，用于提供系统所需能量；其特征在于还包括：无线传输网络，用于测量数据的无线传输；光学倾斜测角装置，上位机软件中的倾斜校正处理，用于系统倾斜角度的测量和数据修正；以及多点测温补偿装置，上位机软件中的温度补偿算法处理，用于环境温度的测量和数据修正；所述的行走定位机构由支撑臂、辅助定位杆、双锥体主轴及双轮驱动结构组成，两个行走驱动电机通过螺钉固定在行走机构定位轴套上，并通过齿轮副传动到行走轮上；在轴向行走的过程中，四个行走轮和弹性辅助行走轮接触内壁；定位驱动电机通过螺钉固定在行走定位机构上，其通过精密丝杠与双椎体主轴相连，前椎体与后椎体固定在双椎体主轴上；所述的激光位移传感器是由两个高精度三角法激光测头和一个传感器控制器组成，激光测头通过安装螺栓固定在测量臂顶部的“L”固定板上，传感器控制器则装于控制箱内与系统的微控制模块相连；测量臂旋转驱动电机通过螺钉与同步联结杆相连，以传递测量臂旋转驱动电机的运动，从而带动两个激光位移传感器的旋转；所述的激光测距仪上设有安装螺纹，通过螺栓固定在被测对象的一侧端面上；所述的微控制模块采用32位控制器，安装在控制机箱内部，用于整个系统的数据采集、状态监测以及协调运动控制功能；所述的便携式电源采用单个锂电池组合和高精度稳压为微控制模块、电机以及传感器提供能量，安装在行走定位机构的支撑臂上；所述的电机驱动装置包括运动控制器、直流伺服电机、电机驱动器以及外围线路连接；运动控制器接受来自上位机的指令，根据指令进行判断，并向电机驱动器发出相应的运动指令以控制伺服电机的运动状态；采用模块化设计，底盘行走模块包括两个行走驱动电机，用于驱动机构在轴向行走；同步联动定心模块包括一个定位驱动电机，经过精密丝杠的转换将电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动，由丝杠驱动双锥体主轴实现双截面先后定位；旋转测量模块包括一个测量臂旋转驱动电机，经过齿轮副的转换后将带动两个成180°对称的测量臂实现在两个不同截面的同步测量；所述的无线传输网络采用通讯速率为250kb/s的低速数据传输，并且使用2.4GHz免费频段，其无线通讯模块安装在控制机箱内部、上位机及被测管道内部，用于实现整个系统的无线数据传输；所述的上位机软件是基于Visual C++6.0实现的，包括人机接口和内径算法处理，人机接口部分包括参数设置、控制按钮以及数据显示功能；设置好初始化参数后，点击“运行”按钮，系统根据预设参数扫描测量，在微控制模块的作用下自动采集测距基准点到目标点i的距离ρi，并根据内径测量原理，把第i点极坐标为(θi，ρi+H0)转化为直角坐标系，((ρi+H0)*cosθi，(ρi+H0)*sinθi)，同时显示在界面的相应位置，连续扫描测量工件一周，得到N组测量点，利用数据处理算法得到工件的几何参数，最后保存、打印测量报告；所述的光学倾斜测角装置安装在被测管道的一端，通过测量系统的倾斜角度进而对测量数据进行修正处理；所述的多点测温补偿装置，在被测对象内部安放多个温度传感器，建立测温网络，对因温度变化产生的缩涨现象进行补偿，实现不同温度环境下测量结果的一致性，采用PCB软板，使得温度传感器与被测对象内壁贴合紧密，最大限度反映被测对象的实际温度。