专利名称：新型滚轮法测量头结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量装置，更具体地说是利用滚轮法对大直径进行测量的装置。
背景技术：
大型机械设备，如水轮机、汽轮机、大型发电机组、大型轴承圈等，常需对大直进行高精度测量。大直径测量必须解决以小测大、在线测量等一系列问题。目前所采用的方法有大型量具测法、л尺测量法、弓高弦长测量法、经纬仪测量法、超声波测量法、激光瞄准定位块法等等。但这些方法有的测量准确度达不到要求，有的测量效率较低，难以在生产实践中推广应用。相比较而言，滚轮法更具有结构简单、操作方便、能实现高效率测量等优势。滚轮法的测量原理是利用已知直径为d的标准滚轮与被测工件作无滑动的对滚，精确测量被测工件转过N圈时标准滚轮的相应转角 然后由下式求得被测工件的直径DD＝d×/(N×360)。
但是，现有的滚轮法直径测量系统由于存在“打滑”的问题，以及滚轮因受压而变形的影响，其测量很难达到高准确度水平。

发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供一种新型滚轮法测量头结构，以避免“打滑”，并修正因滚轮受压变形所造成的测量误差，提高测量精度。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是本实用新型包括与被测工件摩擦啮合的标准滚轮、滚轮支承架、用于支承滚轮支承架的直线滚动导轨副，以及包括预紧弹簧在内的加力机构。
本实用新型结构特点是所述标准滚轮为防滑型，防滑型标准滚轮是在滚轮的外周开设圈槽，槽中放置有防滑胶圈。
本实用新型的结构特点还在于在所述加力机构中设置测力传感器，测力传感器为标准滚轮与被测工件之间的正压力测力传感器。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在1、打滑现象是滚轮法测量的一个致命弱点，它直接影响着滚轮法的测量精度。打滑现象的产生主要原因是因为滚轮与被测工件之间的摩擦力不够，可以通过增大两者之间的正压力来避免这一现象。但若是两者间的正压力增大，会使得滚轮的受压变形量同时增大，这将带来一定的测量误差。同时，若是两者间的正压力过大，则无法带动滚轮形成对滚。本实用新型通过增大滚轮与被测工件之间的摩擦系数可以有效地解决这一问题，从结构方面来考虑，本实用新型中防滑型的滚轮结构是提高滚轮法测量精度的一个方便而有效的方法。
2、除了打滑现象外，滚轮受压变形也是影响滚轮法测量精度的一个重要方面。由于滚轮与被测工件间需要一定的正压力以保证对滚，这个正压力就会使滚轮产生微小的径向变形。设被测直径是滚轮直径的k倍，即D＝kd。若滚轮直径在对滚时产生了微小变形量Δd，根据误差传递，所造成的测量误差ΔD＝k×Δd，显然，被测工件的直径越大，k就越大，测量误差也就随之增大。本实用新型在加力机构中设置测力传感器，通过实验先拟得变形与压力之间的数学关系，再在实际测量中测得滚轮所受压力，进而可以实时修正滚轮变形所带来的测量误差，保证测量精度。


图1为本实用新型测量系统结构示意图。
图2为本实用新型测量头结构示意图。
图3为本实用新型标准滚轮结构示意图。
具体实施方式
参见图1，被测工件1为被测轴，针对被测工件1分别设置由被测轴转数N的测量装置2、测量头装置4控制及测量电路3构成的测量系统。
参见图2，测量头的具体构成包括与被工件1形成摩擦啮合的标准滚轮5、滚轮支承架6、用于支承滚轮支承架6的直线滚动导轨副7，以及包括预紧弹簧8在内的加力机构。
参见图3，本实施例中的标准滚轮5为防滑型，防滑型标准滚轮5是在滚轮的轮面上沿其圆周方向开设沟槽，槽中放置有防滑胶圈9。可以采用标准件“O”型橡胶密封圈。对于直径为Φ110、宽为18的标准滚轮，可以在其轮面上沿圆周方向开设两道沟槽，沟槽内放置Φ103×3.55的“O”型防滑胶圈，其高度稍微高出标准滚轮接触轮面。另外，为了保证被测工件轴与标准滚轮转动轴之间互相平行，以消除滚轮与转动轴安装时存在的同轴度误差，将标准滚轮5与其转动轴11设置为一整体结构。
此外，图2所示，具体实施中，可以在预紧机构中设置测力传感器10。测力传感器10应该为标准滚轮5与被测工件1之间的正压力测力传感器。图2中示出的调节螺钉12可用于适当调整正压力值的大小。
工作过程中通过加力机构施加滚轮与被测工件之间必须的正压力，以产生足够的摩擦力来带动滚轮对滚，与滚轮同轴安装的圆光栅精确测量滚轮的转角，滚轮及滚轮支承架通过支承在直线滚动导轨副中的浮动性，以防止被测工件跳动对测量结果的影响。
由于胶圈具有弹性，通过加力装置保证标准滚轮被测工件直接接触，因而胶圈可有效地增加标准滚轮与被测工件之间的摩擦力，避免打滑。
未加胶圈时，正压力为F下标准滚轮与被测工件之间的摩擦力f1＝k1F，其中，k1为钢-钢的摩擦系数，一般为0.10-0.20。
加上胶圈之后的摩擦力f2＝k1F2+k2F1其中，k2为胶圈-钢的摩擦系数，一般为0.50-0.70，F1为胶圈全部压缩进所需的正压力，F2为此时标准滚轮与被测工件之间的正压力，显然F＝F1+F2。
那么增加的摩擦力为 Δf＝f2-f1＝(k2-k1)F1。
实验结果显示，当施加的正压力F1＝11.4N时，胶圈全部被压缩，此时标准滚动与被测工件开始接触。实际测量时，若标准滚轮与被测工件的正压力为50N，两者之间的摩擦力为f1＝50×0.15＝7.5N，加上胶圈以后增大的摩擦力为Δf＝0.5×11.4＝5.7N。
具体实施中，沟槽宽度及深度的设计，要使得施加正压力后，胶圈能被全部挤压在沟槽内，以确保标准滚轮与被测工件的直接接触。
除了打滑现象外，标准滚轮受压变形也是影响滚轮法测量精度的一个重要方面。可以通过实验，预先建立起标准滚轮所受压力与其径向变形之间的数学模型，利用本实施例中的测力传感器10，实时测得标准滚轮5所受压力，从而获得标准滚轮变形量的大小。
此外，通过本实施例中测力传感器10设置的测力装置，还可以在测量中控制被测工件与标准滚轮之间的正压力大小。标准滚轮是依靠摩擦力实现与被测工件对滚的，而摩擦力与两者间的正压力有关，正压力不能太小，也不能过大，必须控制在一定的范围内，在设置测力装置以后，根据测力传感器的读数即可方便地做到这一点。
权利要求1.新型滚轮法测量头结构，包括与被测工件(1)摩擦啮合的标准滚轮(5)、滚轮支承架(6)、用于支承滚轮支承架(6)的直线滚动导轨副(7)，以及包括预紧弹簧(8)在内的加力机构；其特征是所述标准滚轮(5)为防滑型，防滑型标准滚轮(5)是在滚轮的轮面上沿其圆周方向开设沟槽，沟槽中放置有防滑胶圈(9)。
2.根据权利要求1所述的新型滚轮法测量头结构，其特征是所述防滑胶圈(9)为“O”型橡胶密封圈。
3.根据权利要求1所述的新型滚轮法测量头结构，其特征是在所述加力机构中设置测力传感器(10)，所述测力传感器(10)为标准滚轮(5)与被测工件(1)之间的正压力测力传感器。
专利摘要新型滚轮法测量头结构，包括与被测工件摩擦啮合的标准滚轮、滚轮支承架、用于支承滚轮支承架的直线滚动导轨副，以及包括预紧弹簧在内的加力机构。其特征是所述标准滚轮为防滑型，是在滚轮的外周开设圈槽，槽中放置有防滑胶圈；其特征还在于在加力机构中设置测力传感器。本实用新型一方面通过增大滚轮与被测工件间摩擦系数以避免“打滑”，提高测量精度。另一方面，依据压力与变形的关系曲线，在加力机构中设置测力传感器，实时测得滚轮所受压力，进而修正滚轮变形带来的测量误差，保证测量精度。
文档编号G01B5/08GK2612927SQ0322097
公开日2004年4月21日 申请日期2003年4月4日 优先权日2003年4月4日
发明者余晓芬, 许彦鑫, 曾汉平, 丁晓牧, 金施群, 陈晓怀 申请人:合肥工业大学, 安徽省长江计量所