十六种方法检测大直径工件的内、外径尺寸

摘要：本文主要介绍了大直径工件的检测方法，并介绍了十六种检测方法，其中外径检测方法介绍了十种，内径检测方法介绍了六种。

关键词：大直径；测径仪；

1、引言

对于圆形工件而言，外径尺寸都是其重点检测项目之一，这关系到了其质量信息，而对于大直径管材类产品，则内径尺寸同样是所需检测的重要指标之一。对大直径的工件进行高精度的检测，需要借助测量仪器实现，本文就大直径工件的内外径检测均作出了介绍。

2、外径检测

外径尺寸，是大直径工件必须检测的指标之一，高精度的外径尺寸检测，并控制外径尺寸，能有效的提高产品的质量。并对使用有巨大的帮助。

2.1、游标卡尺测量

主要用于测量公差等级高于IT10的工件。为减少测量误 差，卡尺的测量臂不能太长，因而测量范围常在1000mm以下，且只适用于所测直径靠近工件端面的情形。

2.2、外径千分尺和卡规测量

可测量的大尺寸一般在5002000 mm之间。部分测量表式卡规可测萤6000mm以上的大尺寸、测量误差的主要来源为：量块和校棒的误差、千分尺测量时测头偏移引起的误差、温度产生的误差、千分尺受力变形引起的误差和测量面平行度产生的误差等。

2.3、利用加工机械的基准面测量

这类测量主要是对于有较精密位移计数的坐标镗床、坐标铣床和精密立式车床等机械加工设备，在加工后对工件进行测量，或借助其它位移传感器机床的某一固定点（面）为基准进行测量。有资料介绍这种测量方法在测量25m尺寸时，测量精度可达到50350μm，最大可测量1520 m。

2.4、跨板式测量仪器测量

这类仪器是按圆周要素进行测量的。它的主要优点是体积小、重量轻、便于携带，并可以测量很大尺寸的直径，根据测量圆周要素的不同可以分成5种类别：测量圆周的弓髙和弦长来获得被测直径；测两切线的夹角和从角项到工件表面距离来获得被测直径；测固定角度和切线长度来获得被测直径；测固定角度和弦长来获得被测直径；测固定角度和弧长来获得被测直径。这5类测量中，以第1类测量仪器应用最为广泛。它的优点是：操作方便，一人手持即可测量，减轻测量人员的劳动强度，可快速得到测量结果，减小温度波动的误差，可进行多次测量得到确切的算术平均值。第3、4、5类除特殊场合以外，很少使用。

2.5、用围绕测量法测量

围绕测量法也称作周长测量法，即通过测量被测工件的周长计算出被测直径的大小。这种测量方法简便，测量器具操作方便，测量范围较大，较先进的卷尺还带有固定测力的拉紧装罝，但是测量精度不高，且测量精度受拉紧力的影响较大。

2.6、经纬仪测量法

这种方法是利用三角形或四边形的几何关系，通过直接测量某些边长、高度或者角度，来间接算出待求边长的尺、寸，适用于测量大于5m的工件。

2.7、滚轮法

标准滚轮与被测件在一定压紧力下（一般为60 80 N）进行无滑动的相互滚动，通过两轮的转数比及标准滚轮的直径，便可算出被测直径。滚轮和工件的转数信号一般由光电器件（如光栅角度传感器等）送出，再由后续电路进行自动处理。若消除了滑动的影响，这种方法可以获得较高测量精度。对不连线的圆柱面，这种测量方法则不适用。

2.8、激光扫描瞄准法测量

由于光学元件的限制，激光扫描法通常用在小于50 mm的直径测量中，采用对称光路，不需大口径透镜，从而将扫描原理应用于大尺寸测量。如图所示。

激光经过扫描镜反射后，再经分光、折反系统变成两互相平行的扫描光束，由两光电探测器接收。测量仪读出粗读数，光电信号经处理后读出细读数。此方案因结构上2个机械测量臂的存在，用于生产实际时困难较大。

2.9、标记法

式中

D——被测工件直径

d——测量轮直径

L——基准尺长度

l——测量轮可靠接触工件后移距离

2.10、间距可调光电测径仪

2套发射镜头分别发射出平行光射向2套接收镜头，通过接收镜头内的透镜使平行光束在光电转换元件上成像。当2束平行光内放入被测物时，在光电转换元件的像上就会出现虚拟的阴影，设其宽度分别为L1、L2。经过对光电转换元件发出的电信号的处理和计算可以得出L1、L2所对应的尺寸A1、A2，A1加A2再加上两个镜头之间的净间距B即可得出被测物的尺寸D。

为了增加双镜筒测头的测量范围，实现测量范围的自动调节，我们在双镜筒测头基础上又增加了一套间距自动调整装置。该装置主要由镜筒托板、直线导轨、精密滚珠丝杠、步进电机和旋转编码器组成。当需要调整镜筒的间距时，通过控制系统输入命令，驱动步进电机带动滚珠丝杠即可实现精确位置的调整。调整过程中通过旋转编码器对滚珠丝杠的监测，对调整步数进行校核，形成闭环控制取得精确的调整尺寸。调整后系统将自动计入调整距离，不需要进行间距的校准即可进行测量。

间距可调光电测径仪可测量各种跨度范围大的大直径工件，测量精度高，测量精度≤0.05mm，可测量两个方向的直径及椭圆度尺寸。

2.11、总结

通过以上十种测量大直径外径方法的介绍，间距可调光电测径仪是自动化在线非接触检测设备，测量频率高，测量范围跨度大，测量精度高，适合各种大直径工件的检测，同时适合生产线轧制时检测，为大直径工件的外径控制提供了依据，更适应现代化的生产需求。

3、内径检测

内径检测，是管材类产品需要检测的重要指标，也是衡量管材质量的一项重要数据。

3.1、线尺测量

所谓基线尺就是采用低线胀系数材料制成的一段钢丝，原大地测量中的一神基准测量器具，具有非常高的精度，而且温度特性好。

3.2、激光干涉法测量

激光干涉法测量有双频激光干涉仪和多波长激光干涉仪。其中双频激光干涉仪测量精度高，可靠性也非常好。但是，双频激光干涉仪是在建立在激光多普勒效应基础之上的，为一增量式标准量系统，即要求在测量过程中信号不能中断，这样在应用双频激光干涉仪的场合总离不开导轨。对于大内径特别是巨大内径测量，这是一个很大的约 束。一般说来，只有昂贵的坐标测量机才能考虑采用这种方法。多波长激光干涉仪利用合成波长的概念，只要采用合适的粗测方法(如皮尺)，可实现二点之间的绝对测距。

3.3、光栅、磁栅和感应同步器测量

比起双频激光干涉仪，光棚、磁栅和感应同步器的精度要稍低，但由于它可以方便地安装在机床或测量装置上，易于控制。但与双频激光干涉仪一样，光栅、磁栅和感应同步器也为增量式标准量系统，在测量过程中同样需要导轨，因此很难应用于巨大内径测量装置上。

3.4、调频半导体激光器

半导体激光器由于体积小，容易实现仪器小型化，因而受到很大重视。调频半导体激光器采用频率调制技术，实现二点之间的无导轨绝对测距，作为巨大内径测量器具长度标准十分有利。但目前主要是由于半导体激光器线宽和频率稳定性未达到要求等原因，精度只能达到mm量级，因此用于实际测量装置还要有一段时间。

3.5、手持激光内径测量仪

大直径激光内径测量仪利用激光测量原理制成，具有结构小巧、便于携带的特点。

3.6、内径测量仪

内径测量装置的整套设备包括：内径测量仪、主控机柜（内装控制单路、通讯设备和工控机）、显示设备（液晶显示器）、声光报警装置和打印机等。可实时显示内径、进行椭圆度计算、并绘制内径截面曲线。其主轴转速可达6R/MIN（170°范围内往复旋转）。

结语

本文介绍了多种内外径的测量方法，都是应用于大直径的工件的内外径检测，本文介绍的既有接触式测量法、间接测量法、非接触式测量法。非接触式自动在线检测的方法更适应生产加工使用，可实现在线检测，减少了测量的滞后性，同时可实时控制外径尺寸，在增大了合格率的同时，减少原材料的浪费。是更适应现代化的测量设备。

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