權利要求書： 1.氣缸測厚儀，其特征在于：氣缸位于形塊上，所測氣缸的壁厚H由光斑坐標、氣膜厚度h1和H2得到；所述的H2是探測頭下方氣缸外圓的下母線上的點到形塊槽底的距離；驅動機構使氣缸相對于導軌移動或轉動；探測桿上的探測頭與孔壁之間存在氣膜；光發射裝置安裝于探測頭上，位于孔內或孔外；當氣缸沿導軌運動時，探測桿、探測頭繞第一運動副和第二運動副旋轉；探索桿位置的變化引起光發射裝置、光線和光接收裝置上光斑位置發生變化；運算顯示部分對光斑位置信息進行處理；第一運動副可以在孔內或孔外，只有一個旋轉自由度；第二運動副只有一個旋轉自由度；當探測桿脫離氣缸時，位于下支撐、氣體、上支撐上，或位于其下方沒有氣體的物體上，或自然下垂；壓縮氣體流過探測頭氣孔和上支撐氣孔；探測頭與孔壁之間氣膜的厚度h1由光斑坐標和檢測前已知壁厚的輔助氣缸的參數得到；氣壓為Ps的氣體，經放大閥(21)的閥口a，流到與探測桿相連的上支撐氣孔，進入上支撐與下支撐之間的氣腔，再經上支撐與下支撐之間的縫隙進入大氣；壓力為Ps的氣體經閥口a后壓力降至P，再經上述縫隙壓力降至0；Ps的另一路經節流閥把氣壓降至Pd，流到探測頭氣孔，使探測頭與孔壁之間形成厚度為h1的氣膜；Pd還被引至放大閥(21)的中部；Ps還經定壓閥(20)減壓至恒定的氣壓Pc，并引至放大閥(21)的下部；PcA加彈簧力與PdA平衡，其中A為膜片的面積；當壁厚增加時，h1減小，Pd增加，閥芯(22)下降，開口a加大，P升高，通過上支撐氣孔流入氣腔的氣體對探測桿向上的作用力加大，探測桿上移，光斑也上移；當壁厚減小時，探測桿下移，光斑也下移。
2.根據權利要求1所述的氣缸測厚儀，其特征在于：光發射裝置發出的光線穿過遮光罩一側的孔，射向光接收裝置，其上光斑的變動量大于探測頭的徑向位移。
3.根據權利要求1所述的氣缸測厚儀，其特征在于：運算顯示部分能輸出壁厚、壁厚的方差、均值、中間值。
4.根據權利要求1所述的氣缸測厚儀，其特征在于：由光學測距儀或機械測距儀獲得氣缸移動后的軸向坐標。
說明書： 氣缸測厚儀技術領域[0001] 本發明屬于機械加工與檢測領域，具體涉及氣缸測厚儀。背景技術[0002] 現有技術檢測氣缸時，常常需要將百分表、千分表放入氣缸內，比較適用于檢測直徑大的氣缸，對于直徑較小的氣缸，不容易檢測。且檢測分辨率、精度和自動化程度低?，F有檢測中，接觸式檢測方法多，非接觸式檢測方法少。檢測過程中，防止測量工具在孔內的旋轉，利于加工誤差的方位，對于控制質量是有意義的。發明內容[0003] 本發明的目的：設計氣缸
檢測儀器，并針對測量工具在孔內旋轉的問題，提供防止旋轉的機構，探索非接觸式檢測，減少摩擦磨損。[0004] 本發明通過以下技術創新點實現。[0005] 1.氣缸測厚儀，其特征在于：氣缸位于形塊上，所測氣缸的壁厚H由H1、H2得到；所述的H1是探測頭下方氣缸內孔的下母線上的點到形塊槽底的距離；所述的H2是探測頭下方氣缸外圓的下母線上的點到形塊槽底的距離；驅動機構使氣缸相對于導軌移動或轉動；探測桿上的探測頭與孔壁接觸；光發射裝置安裝于探測頭上，位于孔內或孔外；當氣缸沿導軌運動時，探測桿、探測頭繞第一運動副和第二運動副旋轉；探索桿位置的變化引起光發射裝置、光線和光接收裝置上光斑位置發生變化；運算顯示部分對光斑位置信息進行處理；第一運動副可以在孔內或孔外，只有一個旋轉自由度；第二運動副只有一個旋轉自由度；當探測桿脫離氣缸時，位于下支撐、氣體、上支撐上，或位于其下方沒有氣體的物體上，或自然下垂。
[0006] 2.氣缸測厚儀，其特征在于：氣缸位于形塊上，所測氣缸的壁厚H由光斑坐標、氣膜厚度h1和H2得到；所述的H2是探測頭下方氣缸外圓的下母線上的點到形塊槽底的距離；驅動機構使氣缸相對于導軌移動或轉動；探測桿上的探測頭與孔壁之間存在氣膜；光發射裝置安裝于探測頭上，位于孔內或孔外；當氣缸沿導軌運動時，探測桿、探測頭繞第一運動副和第二運動副旋轉；探索桿位置的變化引起光發射裝置、光線和光接收裝置上光斑位置發生變化；運算顯示部分對光斑位置信息進行處理；第一運動副可以在孔內或孔外，只有一個旋轉自由度：第二運動副只有一個旋轉自由度；當探測桿脫離氣缸時，位于下支撐、氣體、上支撐上，或位于其下方沒有氣體的物體上，或自然下垂；壓縮氣體流過探測頭氣孔和上支撐氣孔。
[0007] 3.根據權利要求2所述的氣缸測厚儀，其特征在于，探測頭與孔壁之間氣膜的厚度h1由光斑坐標和檢測前已知壁厚的輔助氣缸的參數得到。[0008] 4.根據權利要求2所述的氣缸測厚儀，其特征在于，氣壓為Ps的氣體，經放大閥21的閥口a，流到與探測桿相連的上支撐氣孔，進入上支撐與下支撐之間的氣腔，再經上支撐與下支撐之間的縫隙進入大氣；壓力為Ps的氣體經閥口a后壓力降至P，再經上述縫隙壓力降至0；Ps的另一路經節流閥把氣壓降至Pd，流到探測頭氣孔，使探測頭與孔壁之間形成厚度為h1的氣膜；Pd還被引至放大閥21的中部；Ps還經定壓閥20減壓至恒定的氣壓Pc，并引至放大閥21的下部；PcA加彈簧力與PdA平衡，其中A為膜片的面積；當壁厚增加時，h1減小，Pd增加，閥芯22下降，開口a加大，P升高，通過上支撐氣孔流入氣腔的氣體對探測桿向上的作用力加大，探測桿上移，光斑也上移；當壁厚減小時，探測桿下移，光斑也下移。[0009] 5.根據權利要求1或2所述的氣缸測厚儀，其特征在于：光發射裝置發出的光線穿過遮光罩一側的孔，射向光接收裝置，其上光斑的變動量大于探測頭的徑向位移。[0010] 6.根據權利要求1或2所述的氣缸測厚儀，其特征在于：運算顯示部分能輸出壁厚、壁厚的方差、均值、中間值。[0011] 7.根據權利要求1或2所述的氣缸測厚儀，其特征在于，由光學測距儀或機械測距儀獲得氣缸移動后的軸向坐標。[0012] 以下對本發明作進一步說明。[0013] 1、認為導軌部分不存在誤差。對于氣缸移動的情況，檢測過程中光發射裝置到光敏傳感器的距離是固定的，光斑穩定，這就排除了光源遠近變化造成光斑中心變動的不良影響。因此，本發明檢測精度高。[0014] 2、從理論上講，所設計的光線位置與氣缸孔的中心線可以不同軸。[0015] 3、從實際情況考慮，所設計的光線位置與氣缸孔的中心線同軸，是比較合理的選擇。如果所設計的光線位置不是與孔的中心線同軸，而是偏離孔的中心，則在檢測過程中，有可能出現誤判或檢測誤差。以下舉例說明：假定孔的軸線是理想的、筆直的，也就是說，孔軸線是絕對理想的直線。但是，在檢測過程中，如果因為系統的變形，光線隨光發射裝置相對于氣缸旋轉了一定角度，這時光斑位置是變化的。檢測過程中容易將這種光斑位置的變化理解為因為孔軸線彎曲所引起，從而產生誤判或檢測誤差。因此，所設計的光線位置與孔的中心線同軸，可避免或減小光學部分相對氣缸旋轉所產生的不良影響。[0016] 4、由于探測部分繞第一運動副在空間內旋轉，因此，光斑的變動量大于探測頭的徑向變動量。當第一運動副到探測頭的距離越小時，放大作用越是明顯。當第一運動副到探測頭的距離越大時，放大作用越不明顯。[0017] 7、探測部分脫離氣缸時，可以有緩沖機構，能避免使探測部分損壞或變形。例如，如在標有h的氣腔處，氣體有壓力，則可以起緩沖作用。[0018] 8、光學檢測裝置(例如激光測距儀)或機械檢測裝置檢測氣缸相對于基準部分的運動。便于準確確定各處坐標及其質量狀況。[0019] 9、探測桿與光發射裝置固連，可繞第一運動副旋轉，第一運動副位于支撐上，支撐可繞第二運動副旋轉。第一運動副、第二運動副分別只有一個旋轉自由度，因此，從理論上講，探測桿、探測頭不能繞自身軸線相對工件旋轉。所以，本裝置帶有防轉機構。[0020] 10、光接收裝置外有遮光罩，可以防止外部光線強弱變化影響檢測結果。[0021] 11、在第一運動副或第二運動副處可設有間隙調整裝置。[0022] 11、探測桿是整體或分體式，分體式探測桿能夠被拆開、拆開后能夠被組裝為整體。[0023] 12、導軌可以是機床導軌或其它導向物體。[0024] 13、探測頭采用淬火材料或硬質合金或寶石或金剛石等耐磨材料。[0025] 14、現有技術中，常常需要將百分表、千分表放到氣缸內，只能測量較大直徑的氣缸，且人眼從孔內辨認檢測數據比較困難。本發明可以將壁厚差在孔外顯示，無百分表、千分表，可以檢測的氣缸直徑較小。[0026] 15、測量前，選定一個已知壁厚的輔助氣缸，使探測頭與孔壁接觸，得到光斑位置；然后通入設定壓力的氣體，使探測頭與氣缸壁不接觸，形成氣膜，獲得新的光斑。根據新的光斑位置，求得氣膜的厚度，便于后續測量。這個已知壁厚的輔助氣缸，是專用于標定的工具。
[0027] 16、儀器中設有節流閥、定壓閥、放大閥，利用了氣體連通與反饋的原理。[0028] 本發明的有益效果：[0029] (1)光發射裝置安裝于探測頭上，光發射裝置的徑向位移等于探測頭的徑向位移，光發射裝置的徑向位移不受探測桿變形的影響，利于提高檢測精度。(2)光斑變動量大于探測頭變動量，具有放大誤差的作用，分辨率高，能提高檢測精度，當第一運動副在孔內時，放大作用更為明顯、有效。這是現有檢測技術所沒有的。(3)對于氣缸移動的情況，檢測過程中光發射裝置到光敏傳感器的距離是固定的，因此，光斑穩定，排除了光源遠近變化造成光斑中心變動的不良影響。(4)不需要將百分表、千分表等工具放入孔內，可測量小直徑孔。(5)探測頭與孔壁接觸面積小，可防止運動干涉，且運動靈活。(6)探測頭與孔壁可以不接觸，能實現非接觸式測量，摩擦磨損小。(7)設有遮光罩，外部光線強弱變化影響小。(8)所設計的光線位置與孔的中心線同軸，可避免或減小測量系統變形、熱脹冷縮等因素的不良影響。(9)利用氣體緩沖和保護探測桿、探測頭。
附圖說明[0030] 圖1是氣缸測厚儀的示意圖。[0031] 圖2是氣缸與形塊的示意圖。[0032] 圖3是氣壓原理圖。[0033] 圖中：1?氣缸，2驅動機構，3?導軌，4?探測桿，5?探測頭，6?運算顯示部分，7?遮光罩，8?光接收裝置，9?光線，10?光發射裝置，11?探測頭氣孔，12?形塊，13?上支撐氣孔，14?上支撐，15?下支撐，16?第一運動副，17?第二運動副，18?支撐，19?節流閥，20?定壓閥，21?放大閥，22?閥芯。具體實施方式[0034] 以下結合附圖對本發明實施方式作進一步說明，具體實施方式不對本發明做任何限制。[0035] 第一運動副、第二運動副具體實施方式：帶軸承或不帶軸承。[0036] 探測頭的具體實施方式：與孔壁接觸或不與孔壁接觸。
聲明：
“氣缸測厚儀” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：中北大學
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2025年04月26日 ~ 27日 
