专利名称：差压式流量计孔板检测仪及其检测方法
技术领域：
本发明属于机械加工设备技术领域，涉及一种差压式流量计孔板检测仪，本发明还涉及一种利用该检测仪对差压式流量计孔板检测的方法。
背景技术：
随着仪器仪表技术的发展，越来越多的流量测量手段被应用到相关的工业领域中，差压式流量计由于价格低廉、技术成熟被广泛应用于气体与液体的计量，在流量测量中一直占有非常重要的地位，孔板作为差压式流量计的主要部件，对计量精度的影响至关重要，所以孔板参数技术检测无论对孔板制造，还是对差压流量计使用过程中孔板部件的检测分析与维护，都是十分重要的。但是现有的孔板参数检测方法存在如下不足 1)要取得实测值，所需测量设备较多。目前对孔板主要检测项目，大多采用万能工具显微镜、粗糙度检查仪、圆度仪等仪器及有关计量器具进行单项测量，这样使得检定成本较高，且个别参数检测困难。
2)人为因素影响较大，测量步骤及方法繁琐。传统检测方法使用仪器设备较多，且仪器使用的技术性强，对操作人员要求较高。一般完成一块孔板几何尺寸的测量大约需要3个小时，工作效率低，尤其对孔板开孔边缘锐度的测量准确度不够。
3)现有的孔板综合测量仪，由于所要求的检测环境的条件高，而且孔板综合测量仪本身结构复杂庞大，只能在检测室进行检测，不方便对孔板进行工业现场的检测和分析。
“靠模法”是一项传统但操作简单的方法，即加工件以标准件为模板，走刀过程即是将标准件形状“复制”给加工件的过程。孔板相关技术参数检测时，可利用这一传统的靠模理念，由标准件模板引导来实现被测件相关参数的定量测量。利用“靠模法”对孔板相关参数检测，将是检测孔板重要尺寸的一个简单可行的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种差压式流量计孔板检测仪，解决了现有技术中存在的测量设备较多、操作繁琐、难以实现工业现场检测、孔板开孔边缘锐度测量精确度不高的问题。
本发明的另一目的是提供一种差压式流量计孔板检测方法，利用上述的差压式流量计孔板检测仪，实现了差压式流量计孔板的快速、精确检测。
本发明所采用的技术方案是，一种差压式流量计孔板检测仪，包括安装在底座上的步进电机、固定支撑和升降工作台，步进电机依次与套筒式联轴器、高精度螺距的丝杠和旋转编码器同轴连接，丝杠外套有螺母拖板，螺母拖板上装卡有水平设置的顶板，螺母拖板通过导向槽与夹持装置连接，夹持装置通过滑动配合孔与靠模装置的导向块连接，夹持装置与靠模装置之间为滑动配合，靠模装置的一端下表面固联刚性的靠模触头，靠模触头与装卡于固定支撑上的标准模板的标准检测面相接触，靠模装置的另一端下表面装卡电感传感器，升降工作台上放置有被测孔板，电感传感器的测头与被测孔板被测面相接触。
本发明所采用的另一技术方案是，一种差压式流量计孔板检测方法，利用一种差压式流量计孔板检测仪，该检测仪的结构是， 包括安装在底座上的步进电机、固定支撑和升降工作台，步进电机依次与套筒式联轴器、高精度螺距的丝杠和旋转编码器同轴连接，丝杠外套有螺母拖板，螺母拖板上装卡有水平设置的顶板，螺母拖板通过导向槽与夹持装置连接，夹持装置通过滑动配合孔与靠模装置的导向块连接，夹持装置与靠模装置之间为滑动配合，靠模装置的一端下表面固联刚性的靠模触头，靠模触头与装卡于固定支撑上的标准模板的标准检测面相接触，靠模装置的另一端下表面装卡电感传感器，升降工作台上放置有被测孔板，电感传感器的测头与被测孔板被测面相接触， 该方法利用上述装置，具体按照以下步骤实施 步骤1、检测前的准备 1.1)将靠模装置的位置置于测量起测点； 1.2)在定位装置上装卡好标准模板； 1.3)将被测孔板置于升降工作台上定位；调整升降工作台的高度，并调整电感传感器的测头位置及角度，使得被测孔板的被测面起测点与电感传感器的测头在预置位移量下接触，将该位置设置为电感传感器的相对初始零位； 步骤2、靠模检测 2.1)启动步进电机，丝杠转动，螺母拖板和夹持装置同时沿轴向运动，带动靠模装置同向运动，靠模触头沿着标准模板的剖面轮廓线运动，电感传感器的测头也沿相同的轨迹在被测孔板的被测母线上运动；丝杠每旋转一周，旋转编码器则输出一定的脉冲给计数系统，该脉冲数与丝杠的螺距相对应，根据测量要求，螺母拖板及靠模装置移动一个设定距离，数据采集系统就从电感传感器采集一个数据，直到电感传感器输出值出现大的跳变值，结束采样并记下测量中的总脉冲数； 2.2)将直到采样值发生跳变时之前的所有采样值，逐点依次向孔板理论轮廓线对应点进行叠加，得到测量线，在孔板开孔厚度e的范围内以及孔板厚度E与e差的范围内，分别对这两组采样数据进行直线拟合得到两条拟合直线，这两条线的交叉点即为被测轮廓线的转折拐点，再基于最小二乘直线拟合理论具体处理如下 a)、在全量程范围内获取原始采样数据(Xi，Yi)，其中i＝0，1，2，…，n，n为采样总点数； b)、将原始采样数据顺序叠加于孔板理论轮廓线，得到新的数据序列{(xi，yi)}，数据总数仍为n； c)、将数据序列{(xi，yi)i＝0，1，2，…，n}以孔板棱线的转折拐点为界分为两组，一组为{(xi，yi)i＝0，1，2，…，k}，另一组为{(xi，yi)i＝k+1，k+2，…，n}； d)、将上述两组数据分别进行最小二乘直线拟合，得到两条直线方程 y＝b10+b1x， (1) y＝b20+b2x； (2)，其中 根据方程1和方程2，求出两条直线的交点，即孔板轮廓棱边转折拐点，以及该两条直线的夹角θ； 2.3)经过算法处理，得到被测孔板两条棱边的拟合直线方程及其转折拐点坐标，求得被测孔板的开孔边缘锐度θ的角度值、孔板开孔厚度e的值及孔板厚度的E值，将该三个实际值与预设的角度值、开孔厚度基准值、孔板厚度基准值进行比较，如果各数值误差在工艺允许的范围内，即可判断被测孔板合格；如果各数值误差超过工艺允许的范围，即可判断被测孔板不合格。
本发明的检测仪能同时测量出差压式流量计孔板的厚度、孔板开孔厚度、孔板开孔边缘锐度，测量过程易于实施，携带方便，可以对孔板批量地在工业现场进行检测；数据处理系统由软件实现，简化操作步骤，省时省力，效率显著提高，实现了孔板检测效率的快捷化、检测方法的科学化、检测仪器的小型化。本发明的孔板检测方法，利用上述的差压式流量计孔板检测仪，操作简单，快速、精确，适用性强。
图1是本发明的孔板检测仪的结构示意图； 图2是本发明方法实施例中的被测孔板的定位结构示意图； 图3是本发明方法实施例中所用的标准模板的局部尺寸示意图； 图4是本发明方法实施例中被测孔板的数据处理曲线图。
图中，1.步进电机，2.凸台，3.联轴器，4.螺母拖板，5.丝杠，6.顶板，7.弹簧，8.旋转编码器，9.夹持装置，10.靠模装置，11.刚性触头，12.标准模板，13.定位装置，14.电感传感器，15.被测孔板，16.挡板，17.V形块，18.升降工作台，19.底座，20.导向块，21.手轮，22.导向槽，L2为标准孔板开孔扩散段的轴向距离，L3为标准孔板开孔的轴向距离，θ为两条直线的夹角，e为孔板开孔厚度，E为孔板的厚度。
具体实施例方式 下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。
如图1，本发明的差压式流量计孔板检测仪的结构是包括安装在底座19之上的步进电机1，步进电机1依次与套筒式联轴器3、高精度螺距的丝杠5和旋转编码器8同轴连接，丝杠5外套有螺母拖板4，螺母拖板4上装卡有水平设置的顶板6和夹持装置9，夹持装置9通过导向槽22与螺母拖板4连接，夹持装置9通过滑动配合孔与靠模装置10的导向块20连接，夹持装置9与靠模装置10之间为滑动配合，导向块20上端的凸台2中心凹槽内设置有一弹簧7，顶板6与凸台2通过弹簧7接触，靠模装置10的一端下表面固联刚性的靠模触头11，靠模触头11与装卡于固定支撑13上的标准模板12的标准检测面以适当的接触力相接触、且要满足标准模板12在测量过程中的靠模位移量，靠模装置10的另一端下表面装卡能沿平行于丝杠轴线方向进行位置调节的旁向差动式电感传感器14。如图2，底座19上还设置有剪叉式(或其它形式)可升降工作台18，升降工作台18上通过V形块17和挡板16定位装卡有被测孔板15，升降工作台18通过手轮21调整升降的高度，同时配合电感传感器14的位置及其测头的角度，实现被测孔板15的被测面轮廓线的指定位置与电感传感器14的测头相接触。
本发明检测仪的工作原理是步进电机将转动转矩依次传递给丝杠，使丝杠的转动转化为螺母拖板的轴向移动，从而驱动螺母拖板实现轴向位移，旋转编码器可记录转轴转动过程中的角脉冲当量数(转动一周所产生的脉冲数与丝杠螺距相对应)，实现轴向直线位移量的拾取。夹持装置与靠模装置之间为滑动配合，凸台及弹簧对顶板的弹力作用保证了靠模装置垂直方向的小位移移动，且在移动过程中使靠模触头可靠与标准模板标准检测面接触，靠模装置的导向块限制其转动。靠模装置下方电感传感器的安装位置在沿与丝杠轴向平行的方向上可作一定范围的调整。将标准件定位装卡，靠模触头与标准件的标准检测面的起始点可靠接触，被测件通过V形块和挡板定位装卡于可升降工作台上，配合调整升降台的高度、传感器的位置及传感器测头的角度，实现被测件的被测面的起始位置与电感传感器的测头相接触，此时应使传感器测头位于量程的中间值附近。在螺母拖板轴向运动的过程中，夹持装置与靠模装置之间的配合及弹簧的作用始终保持靠模触头能沿标准件的外轮廓移动，即所谓靠模移动，而电感传感器以相同的运动轨迹移动，即靠模触头在标准件上的运动引导电感传感器在被测件被测轮廓母线上运动，这时被测件轮廓与标准件轮廓的差异可通过电感传感器拾�。⒋渲良扑慊治龃�。
本发明的差压式流量计孔板检测方法，利用上述检测仪，按照以下步骤具体实施 步骤1、检测前的准备工作 1.1)启动步进电机1，将靠模装置10的位置置于测量起测点； 1.2)如图1，在定位装置13上装卡好标准模板12，该安装位置能够保证通过电机调整靠模触头10的位置于标准板的起测点； 1.3)如图1和图2，将被测孔板15置于升降工作台18上，并用装卡挡板16和V形定位块17将其定位牢靠；旋转手轮21，调整剪叉式可升降工作台18的高度，并调整电感传感器14的位置及测头的角度，使得被测孔板15的被测面起测点与电感传感器14的测头在一定预置位移量下接触，将该位置设置为电感传感器14的相对初始零位。
步骤2、靠模检测 2.1)测量行程为如图3中标准模板12(为了满足测量要求，标准模板12的开孔轴向距离比孔板的该尺寸理论值大5mm为宜)的开孔扩散段的轴向距离L2与标准孔板开孔的轴向距离L3之和比该尺寸理论值略小一些(约3mm左右)，以防止靠模触头脱离标准模板而损坏电感传感器14的测头。
启动步进电机1，丝杠5转动，螺母拖板4和夹持装置9同时沿轴向运动，带动靠模装置10同向运动，靠模触头11沿着标准模板12的剖面轮廓线运动，电感传感器14的测头也沿相同的轨迹在被测孔板15的被测母线上运动；丝杠5每旋转一周，旋转编码器8则输出一定的脉冲给计算机计数系统，该脉冲数与丝杠5的螺距相对应，根据测量要求，螺母拖板4及靠模装置10每移动一定距离(可用软件自行设定，例如0.01mm)，数据采集系统就从电感传感器14采集一个数据，直到电感传感器14输出值出现大的跳变值，结束采样并记下测量中的总脉冲数。
2.2)将直到采样值发生跳变时(即整个有效测量量程范围内)的所有采样值逐点依次向孔板理论轮廓线对应点进行叠加，得到图4中的测量线，在图4中，虚线为采样坐标点所连而成的折线，实线为按标准轮廓分段拟合所得的直线，在孔板开孔厚度e的范围内以及孔板的厚度E与e差的范围内，分别对这两组采样数据进行直线拟合得到两条拟合直线，这两条线的交叉点即为被测轮廓线的转折拐点，再基于最小二乘直线拟合理论具体处理如下 a)、在全量程范围内获取原始采样数据(Xi，Yi)，其中i＝0，1，2，…，n，n为采样总点数； b)、将原始采样数据顺序叠加于孔板理论轮廓线，得到新的数据序列{(xi，yi)}，数据总数仍为n； c)、将数据序列{(xi，yi)i＝0，1，2，…，n}孔板棱线的转折拐点为界分为两组，一组为{(xi，yi)i＝0，1，2，…，k}，另一组为{(xi，yi)i＝k+1，k+2，…，n}； d)、将上述两组数据分别进行最小二乘直线拟合，得到两条直线方程 y＝b10+b1x，(1) y＝b20+b2x；(2)，其中 根据方程(1)和方程(2)，求出两条直线的交点，即孔板轮廓棱边转折拐点，以及该两条直线的夹角θ；这样，求取被测孔板两边缘锐度与理论值的差值、孔板开孔厚度e值及孔板的厚度E值的所有条件完全具备。
2.3)如图4，两条直线的夹角为θ。若θ等于孔板上该角度的预设基准值，则被测孔板开孔边缘锐度与标准模板的开孔边缘锐度相等；否则，则可给出两边缘锐度与预设基准值的差值。这样，测量中所得到的采样数据，经过算法处理，就能得出被测孔板两条棱边的拟合直线方程及其交点(转折拐点)坐标，进而可以方便地求得被测孔板的开孔边缘锐度θ的角度值、图4中孔板开孔厚度e的实际值及孔板厚度E的实际值。将该三个实际值与预设的角度值、开孔厚度基准值、孔板厚度基准值进行比较，如果各数值误差在工艺允许的范围内，即可判断被测孔板合格；如果各数值误差超过工艺允许的范围，即可判断被测孔板不合格。
本发明方法的工作原理是 启动步进电机，控制系统按孔板的总厚度略多(约3mm)给定进给量，丝杠旋转过程中，旋转编码器输出相应的脉冲给计数系统，以获取靠模装置沿丝杠轴向上的位移量。靠模触头沿着标准模板表面的轴向轮廓线运动，电感传感器的触头也沿着相同的轨迹在被测孔板的被测孔板的轮廓线上运动，孔板被测轮廓线与标准模板相应轮廓线的差异由电感传感器拾取。对电感传感器拾取的数据进行等间隔采样，即靠模触头及电感传感器测头(装于靠模装置上)每移动指定距离(此时旋转编码器输出固定脉冲数)，对电感传感器拾取的数据采样一次，直至整个量程的数据采集完毕，这时可获取被测件与标准件各对应位置的偏差坐标值，将这一系列采样数据叠加于标准轮廓线上(图4所示)，并通过测量软件将这一系列的坐标数据在标准孔板开孔厚度和标准孔板厚度范围内，分别进行直线拟合，得到被测孔板开孔厚度、被测孔板厚度范围内的拟合直线，这两条直线的夹角θ若等于标准件棱边夹角，则被测孔板开孔边缘锐度与标准模板开孔边缘锐度相等；否则两者存在偏差，从而判断被测孔板该项参数是否合格。
本发明方法采用靠模的原理，很容易地采集到被测孔板相对于标准件的尺寸偏差，来检定被测孔板是否合格，保证工业生产中流量计量的准确性。本发明的差压式流量计孔板检测仪携带使用方便，可以对批量孔板在工业现场进行检测，准确性好，省时省力，效率显著提高，便于推广应用。
权利要求
1.一种差压式流量计孔板检测仪，其特征在于包括安装在底座(19)上的步进电机(1)、固定支撑(13)和升降工作台(18)，
步进电机(1)依次与套筒式联轴器(3)、高精度螺距的丝杠(5)和旋转编码器(8)同轴连接，丝杠(5)外套有螺母拖板(4)，螺母拖板(4)上装卡有水平设置的顶板(6)，螺母拖板(4)通过导向槽(22)与夹持装置(9)连接，夹持装置(9)通过滑动配合孔与靠模装置(10)的导向块(20)连接，夹持装置(9)与靠模装置(10)之间为滑动配合，靠模装置(10)的一端下表面固联刚性的靠模触头(11)，靠模触头(11)与装卡于固定支撑(13)上的标准模板(12)的标准检测面相接触，靠模装置(10)的另一端下表面装卡电感传感器(14)，升降工作台(18)上放置有被测孔板，电感传感器(14)的测头与被测孔板被测面相接触。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述导向块(20)上端的凸台(2)中心凹槽内设置有一弹簧(7)，弹簧(7)的两端与顶板(6)、凸台(2)分别接触。
3.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述升降工作台(18)选用剪叉式可升降工作台，升降工作台(18)上设置有调整用的手轮(21)、装卡用的V形块(17)和挡板(16)。
4.一种差压式流量计孔板检测方法，其特征在于利用一种差压式流量计孔板检测仪，该检测仪的结构是，
包括安装在底座(19)之上的步进电机(1)、固定支撑(13)和升降工作台(18)，
步进电机(1)依次与套筒式联轴器(3)、高精度螺距的丝杠(5)和旋转编码器(8)同轴连接，丝杠(5)外套有螺母拖板(4)，螺母拖板(4)上装卡有水平设置的顶板(6)和夹持装置(9)，螺母拖板(4)通过导向槽(22)与夹持装置(9)连接，夹持装置(9)通过滑动配合孔与靠模装置(10)的导向块(20)连接，夹持装置(9)与靠模装置(10)之间为滑动配合，靠模装置(10)的一端下表面固联刚性的靠模触头(11)，靠模触头(11)与装卡于固定支撑(13)上的标准模板(12)的标准检测面相接触，靠模装置(10)的另一端下表面装卡电感传感器(14)，升降工作台(18)上放置有被测孔板，电感传感器(14)的测头与被测孔板被测面相接触，
该方法利用上述装置，具体按照以下步骤实施
步骤1、检测前的准备
1.1)将靠模装置(10)的位置置于测量起测点；
1.2)在定位装置(13)上装卡好标准模板(12)；
1.3)将被测孔板(15)置于升降工作台(18)上定位；调整升降工作台(18)的高度，并调整电感传感器(14)的测头位置及角度，使得被测孔板(15)的被测面起测点与电感传感器(14)的测头在预置位移量下接触，将该位置设置为电感传感器(14)的相对初始零位；
步骤2、靠模检测
2.1)启动步进电机(1)，丝杠(5)转动，螺母拖板(4)和夹持装置(9)同时沿轴向运动，带动靠模装置(10)同向运动，靠模触头(11)沿着标准模板(12)的剖面轮廓线运动，电感传感器(14)的测头也沿相同的轨迹在被测孔板(15)的被测母线上运动；丝杠(5)每旋转一周，旋转编码器(8)则输出一定的脉冲给计数系统，该脉冲数与丝杠(5)的螺距相对应，根据测量要求，螺母拖板(4)及靠模装置(10)移动一个设定距离，数据采集系统就从电感传感器(14)采集一个数据，直到电感传感器(14)输出值出现大的跳变值，结束采样并记下测量中的总脉冲数；
2.2)将直到采样值发生跳变时之前的所有采样值，逐点依次向孔板理论轮廓线对应点进行叠加，得到测量线，在孔板开孔厚度e的范围内以及孔板厚度E与e差的范围内，分别对这两组采样数据进行直线拟合得到两条拟合直线，这两条线的交叉点即为被测轮廓线的转折拐点，再基于最小二乘直线拟合理论具体处理如下
a)、在全量程范围内获取原始采样数据(Xi，Yi)，其中i＝0，1，2，…，n，n为采样总点数；
b)、将原始采样数据顺序叠加于孔板理论轮廓线，得到新的数据序列{(xi，yi)}，数据总数仍为n；
c)、将数据序列{(xi，yi)i＝0，1，2，…，n}以孔板棱线的转折拐点为界分为两组，一组为{(xi，yi)i＝0，1，2，…，k}，另一组为{(xi，yi)i＝k+1，k+2，…，n}；
d)、将上述两组数据分别进行最小二乘直线拟合，得到两条直线方程
y＝b10+b1x，(1)
y＝b20+b2x；(2)，其中
根据方程1和方程2，求出两条直线的交点，即孔板轮廓棱边转折拐点，以及该两条直线的夹角θ；
2.3)经过算法处理，得到被测孔板两条棱边的拟合直线方程及其转折拐点坐标，求得被测孔板的开孔边缘锐度θ的角度值、孔板开孔厚度e的值及孔板厚度的E值，将该三个实际值与预设的角度值、开孔厚度基准值、孔板厚度基准值进行比较，如果各数值误差在工艺允许的范围内，即可判断被测孔板合格；如果各数值误差超过工艺允许的范围，即可判断被测孔板不合格。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于所述导向块(20)上端的凸台(2)中心凹槽内设置有一弹簧(7)，弹簧(7)的两端与顶板(6)、凸台(2)分别接触。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于所述升降工作台(18)选用剪叉式可升降工作台，升降工作台(18)上设置有调整用的手轮(21)、装卡用的V形块(17)和挡板(16)。
7.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于所述标准模板(12)的开孔轴向距离比孔板的该尺寸理论值大5mm，标准模板(12)的开孔扩散段的轴向距离与标准孔板开孔的轴向距离之和比该尺寸理论值小3mm。
全文摘要
本发明公开了一种差压式流量计孔板检测仪，包括步进电机、固定支撑和升降工作台，步进电机依次与联轴器、丝杠和旋转编码器同轴连接，丝杠外套与螺母拖板、夹持装置和靠模装置依次连接，靠模装置通过靠模触头与标准模板的检测面相接触，靠模装置还通过电感传感器的测头与被测孔板被测面相接触。本发明的方法利用上述差压式流量计孔板检测仪，将标准模板和被测孔板分别与靠模触头和电感传感器的测头相接触，电感传感器始终沿着与靠模触头相同的轨迹在被测孔板的被测轮廓线上运动，电感传感器采集数据，通过运算结果来判断被测孔板是否合格。本发明的装置携带方便，可以对孔板进行工业现场检测；该方法准确性高，效率高。
文档编号G01B7/06GK101769714SQ201010105710
公开日2010年7月7日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者于殿泓, 李琳, 姜明, 郑毅 申请人:西安理工大学
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