用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规及测量方法

摘要

用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规及测量方法是一种用于巨大直径高精度测量的效率显著提高的装置及其测量方法，该测量规由一系列相互独立的测量单元(1)和一种带V形测砧内径千分尺(2)组成；每个测量单元(1)由一个本体(13)、一个前定位元件(11)、一个后定位元件(12)、若干相同的包含永久磁铁(1411)的固定机构(14)、二个相同的辅助定位机构(15)，以及对于长度较长的测量单元(1)设置的一个包含有可以被移动和锁紧的辅助支承元件(161)的辅助支承机构(16)组成，带V形测砧内径千分尺(2)由一个普通内径千分尺和一个连接在该普通内径千分尺上具有端部形状为“V”形的V形测砧(232)的接长杆(23)组成。

说明书

技术领域

本发明是一种用于巨大直径高精度测量的效率显著提高的装置及其测量方法，涉及长度测量的技术领域。

技术背景

巨大直径测量是一件困难的工作。基于中国专利(专利号96117113.8)和美国专利(专利号6330753B1)的便携式通用大直径测量规(下文称之为目前的便携式通用大直径测量规)提供了一种大直径(包括巨大直径)的测量装置和方法。该便携式通用大直径测量规由一系列相互独立的测量单元组成，每一个测量单元由两个定位元件、一个固定机构、一个本体和若干附件组成。两个测量单元位于本体的两端，分别是一个球体(或一个圆柱体)和一个圆柱体(或一个球体)。固定机构则是位于本体之上的一个永久磁铁或者内置永久磁铁的磁力转换机构。测量大直径时，依次将各测量单元头对尾或者尾对头摆放并通过固定机构固定在被测圆周表面上，直到所剩余空间不足于摆下另一个测量单元(循环法)。也可以采用少量测量单元交替摆放(交替法)。测量出第一个测量单元和最后一个测量单元之间的距离，即封闭尺寸，根据几何关系可以计算出被测圆周直径。

采用便携式通用大直径测量规测量大直径具有一系列特点：(1)通用性强：外径和内径都可以测量，而且没有测量上限，当被测圆周表面具有凹陷和凸起时也能够完成测量；(2)结构简单、体积小，便携、操作简便；(3)标定容易；(4)成本低；(5)精度高。但是，当用于巨大直径测量时，目前的便携式通用大直径测量规存在效率不高的缺点，原因有三个：(1)目前的便携式通用大直径测量规的测量单元长度难以增加，这样，在测量巨大直径时就需要在被测圆周上摆放很多次测量单元，非常繁琐；(2)采用便携式通用大直径测量规测量，需要保证各测量单元位于被测圆周的同一个横截面内，以满足测量精度要求。但目前的便携式通用大直径测量规所提供的方法效率不高，且机构比较复杂；(3)目前的便携式通用大直径测量规对上述封闭尺寸所提供的测量方法效率很低，而且操作不便。以下对这三个问题予以详细分析。

如图1所示，增加各测量单元的长度，从而减少测量单元摆放次数，显然可以有效提高便携式通用大直径测量规的测量效率。但对于目前的便携式通用大直径测量规，这会带来一系列问题：(1)测量单元加长后，自身重量也要加大，为了使其可靠地吸附于被测圆周表面上，需要更大的磁力，这样就会增加测量单元本体的弯曲变形，导致测量单元长度误差增加和测量精度下降。尤其对沿被测圆周摆放的测量单元(如前述中国专利和美国专利图2和图6，以及前述美国专利图8和图9所述实施例)，影响更为严重。对沿被测圆周端面摆放的测量单元(如前述美国专利图10、图11、图12、图13和图14所述实施例)，影响就微小得多。(2)测量单元加长后，自身重量也要加大，这样就增加了操作的困难。如果要在测量单元加长后，不增加或者少增加测量单元的重量，势必引起测量单元刚性的减弱和变形的增加，结果又导致测量精度的下降。(3)测量单元加长后，对于沿被测圆周摆放的测量单元，因为两定位元件所对应的被测圆周圆弧具有更大的弓高，这样测量单元如果要既能测量外径，也能测量内径，目前的便携式通用大直径测量规就存在一些问题。如前述中国专利和美国专利图2所述实施例，不能够测量弓高足够大的外径，而测量内径时磁铁14需要被旋钮旋进很长一段距离，操作比较麻烦。前述中国专利和美国专利图6所述实施例，不能测量弓高足够大的内径，因为此时位于测量单元本体中间部位的主磁力装置距离被测表面距离太大，导致磁力显著减弱。前述美国专利图8和图9所述实施例，测量内径时磁铁142需要被旋钮旋进很长一段距离，操作比较麻烦。而且，磁铁的旋进方向与被测表面不垂直，减弱了磁铁142的磁力效果。(4)测量单元加长后，如果测量单元的两个定位元件都是圆柱体，制造上要保证两圆柱体轴线的平行度就会变得非常困难。

为使各测量单元位于被测圆周的同一个横截面内，目前的便携式通用大直径测量规提供了标记圆定位法(如前述中国专利和美国专利图4所述实施例)和圆柱定位法(如前述中国专利和美国专利图5所述实施例)两种方法。但在这两种方法之间转换时，因为是两套机构，效率较低。此外，采用两套机构，机构也比较复杂。

目前的便携式通用大直径测量规对于封闭尺寸的测量提供了间隙法和双圆柱法两种方法。间隙法需要使用量块(通常需要若干不同尺寸的量块拼接)或者塞尺测量一个圆柱体和球体之间的间隙，操作不便，效率很低。双圆柱法则首先需要将一个作为附件的长圆柱体固定于被测圆周上，保证该长圆柱体的轴线平行于被测圆周轴线，这一过程操作繁琐。其次，双圆柱法需要采用外径千分尺等常规量具测量两个圆柱体之间的距离，因为要找拐点，操作困难，严重影响测量效率和精度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种沿被测圆周摆放的用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规及测量方法，不但可以在保证测量精度的前提下，充分增加测量单元的长度，从而有效减少测量单元的摆放次数，而且提供了一种结构简单的测量单元辅助定位机构，以及一种操作简便的封闭尺寸测量装置，最终实现巨大直径测量效率的显著提高。

技术方案：本发明用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规由一系列相互独立的测量单元和一种带V形测砧内径千分尺组成。每个测量单元由一个本体、一个前定位元件、一个后定位元件、若干相同的包含永久磁铁的固定机构、二个相同的辅助定位机构，以及对于长度较长的测量单元设置的一个包含有可以被移动和锁紧的辅助支承元件的辅助支承机构组成，其中，前定位元件和后定位元件位于本体的两端，固定机构、辅助定位机构和辅助支承机构位于本体上。带V形测砧内径千分尺由一个普通内径千分尺和一个连接在该普通内径千分尺上具有端部形状为“V”形的V形测砧的接长杆组成。

本体的作用是连接测量单元上其它零件或机构，并且决定了测量单元的总体形状，对于长度较短的测量单元，该总体形状呈现“一”形，对于长度较长的测量单元则呈现与被测圆周曲率相一致的弯曲形。

前定位元件和后定位元件的作用是将测量单元定位于被测圆周的表面上，其中后定位元件是一个圆柱体，前定位元件是一个球体，或圆柱体，或有效定位部分是长度充分短的圆柱体。采用有效定位部分是长度充分短的圆柱体作为定位元件的目的是在这种情况下，前定位元件和后定位元件都是圆柱体，使其中一个定位元件的有效定位部分长度充分短可以显著减小由于二个定位元件轴线不平行所带来的测量误差。

固定机构设置在本体上，通过转动固定机构上设置的旋钮或手柄的操作可以改变固定机构中内置的永久磁铁的位置，从而在测量单元和被测圆周表面之间产生足够大磁力(被测物体的材料限于钢或其它永久磁铁可以产生足够大磁力的材料)，从而将测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面上；通过转动上述旋钮或手柄的操作也可以充分消除测量单元和被测圆周表面之间的磁力，从而便于将测量单元接近、接触被测圆周表面、在被测圆周表面上移动以及将测量单元移开被测圆周表面等的操作。

长度较长的测量单元上所设置的辅助支承机构的作用也是减小测量单元与被测圆周表面之间的磁力所引起的测量单元本体的弯曲变形和测量单元长度误差。辅助支承机构包含有一个辅助支承元件，通过弹簧机构可以使该辅助支承元件与被测圆周表面自动接触，再通过辅助支承机构中另设的锁紧机构可以锁紧该辅助支承元件。固定机构和辅助支承机构可以正向或反向安装在呈现弯曲形的测量单元本体上，以适应外径和内径测量的不同场合。

两个相同的辅助定位机构设置在测量单元本体上，各包含有一个可以转动的辅助定位元件。通过转动该两个辅助定位元件，可以使该两个辅助定位元件在瞄准被测圆周表面上的划线和与被测圆周表面端面接触之间转换，从而达到在被测圆周表面上具有划线或具有端面两种情况下，保证各测量单元位于被测圆周的同一个横截面内的目的。

带V形测砧内径千分尺由一个带V形测砧的接长杆与一个普通内径千分尺组成，用于测量第一个摆放的测量单元和最后一个摆放的测量单元之间的距离，即封闭尺寸。该带V形测砧的接长杆的结构与普通内径千分尺接长杆的结构相同，不同仅在于其测砧端部由局部球形改为“V”形，使用时将该带V形测砧的接长杆通过螺纹连接在内径千分尺的一端。

使用本发明便携式通用大直径测量规测量巨大直径时，需要将上述测量单元按使用功能分成初始测量单元、循环测量单元和机动测量单元三类，其中初始测量单元的数量为一个，前定位元件和后定位元件都是圆柱体。循环测量单元的数量为二个以上，后定位元件是一个圆柱体，前定位元件是一个球体，或有效定位部分是长度充分短的圆柱体，循环测量单元的长度较长。机动测量单元的数量为若干，后定位元件是一个圆柱体，前定位元件是一个球体，或有效定位部分是长度充分短的圆柱体，每个机动测量单元的长度都小于循环测量单元的长度，且互不相等。

测量巨大直径时的具体操作可以采用循环法和交替法两种方法，采用循环法时的步骤如下：

①将初始测量单元摆放于被测圆周表面被测直径部位处，确认初始测量单元上前定位元件和后定位元件不与被测圆周表面上的凸起或凹陷接触，使初始测量单元的方向，即连接并垂直于初始测量单元前定位元件和后定位元件轴线的线段的方向，与被测圆周轴线异面垂直，可采用如下二种方法之一达此目的：

a.瞄准法：如果在此之前已经通过某种方法在被测圆周表面被测直径部位处划了一个位于被测圆周横截面内的圆标记，采用初始测量单元上的辅助定位元件瞄准此圆标记。

b.端面法：如果被测圆周具有端面且该端面距被测直径部位足够近，采用初始测量单元上的辅助定位元件接触此端面。

完成上述定位后，转动固定机构中的旋钮或手柄，改变固定机构中内置的永久磁铁的位置，从而在初始测量单元与被测圆周表面之间产生足够大的磁力，使初始测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面上。

如果初始测量单元上设置辅助支承机构，则按如下步骤操作：首先，将初始测量单元按上述方法定位于被测圆周表面上，移动辅助支承机构上的辅助支承元件，使之与被测圆周表面接触，锁紧之后，转动固定机构中的旋钮或手柄，改变固定机构中内置的永久磁铁的位置，从而在初始测量单元与被测圆周表面之间产生足够大的磁力，使初始测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面上；

②将第一个循环测量单元摆放于被测圆周表面被测直径部位处，使该循环测量单元前定位元件与初始测量单元的后定位元件沿轴向的中间部位轻微接触，并使该循环测量单元的方向，即连接该循环测量单元前定位元件和后定位元件中心并垂直于后定位元件轴线的线段的方向，与被测圆周轴线异面垂直，方法同步骤①所述方法；完成上述定位后，使该循环测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面上，方法同步骤①所述方法；

③将第二个循环测量单元摆放于被测圆周表面被测直径部位处，使该循环测量单元前定位元件与第一个循环测量单元的后定位元件沿轴向的中间部位轻微接触，并使该循环测量单元的方向，即连接该循环测量单元前定位元件和后定位元件中心并垂直于后定位元件轴线的线段的方向，与被测圆周轴线异面垂直，方法同步骤①所述方法，完成上述定位后，使该循环测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面上，方法同步骤①所述方法；

④按步骤③所述方法重复摆放其余循环测量单元，直到最后一个摆放的循环测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个循环测量单元为止；

⑤如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在带V形测砧内径千分尺的测量范围之内，则此步骤略去；如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在带V形测砧内径千分尺的测量范围上限之外，按步骤③摆放若干机动测量单元，使得最后一个摆放的机动测量单元与初始测量单元之间的距离，即新的封闭尺寸，在带V形测砧内径千分尺的测量范围之内；如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在带V形测砧内径千分尺的测量范围下限之外，则移去步骤④中最后一个循环测量单元，然后按步骤③摆放若干机动测量单元，使得最后一个摆放的机动测量单元与初始测量单元之间的距离，即新的封闭尺寸，在带V形测砧内径千分尺的测量范围之内；

⑥如果在上述摆放各循环测量单元和机动测量单元的过程中，前定位元件或后定位元件与被测圆周表面上如果存在的凸起或凹陷接触，可以插入一个适当长度的机动测量单元跨过上述凸起或凹陷，其余操作方法同步骤③所述方法；

⑦采用上述步骤摆放各测量单元之后，形成初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元或机动测量单元之间距离，即最终的封闭尺寸，的前定位元件和后定位元件必然是两个圆柱体。将带V形测砧内径千分尺的V形测砧定位于前定位元件圆柱体沿轴向的中间部位表面上，转动带V形测砧内径千分尺的测微套筒，使带V形测砧内径千分尺的另一个测头端部的中心与后定位元件圆柱体母线接触，记录下此时带V形测砧内径千分尺的读数；

⑧根据所有摆放的测量单元与被测圆周形成的几何关系、所有摆放的测量单元前定位元件和后定位元件的实际直径、前定位元件和后定位元件轴线或球心之间距离的实际值，以及步骤⑦带V形测砧内径千分尺的读数和“V”形测砧的角度，编制程序后可以在计算机上计算出被测圆周直径。测量过程完毕；

采用交替法的步骤与采用循环法的步骤相同，区别仅在于上述步骤④中，交替法所采用的循环测量单元较少；假定循环测量单元的数量是三个，交替法中上述步骤④的操作过程改为：按步骤③的方法摆放第三个循环测量单元，即最后一个循环测量单元，然后，保持第二个循环测量单元不动，通过转动固定机构中的旋钮或手柄的操作，除去第一个循环测量单元与被测圆周表面之间的磁力并移开第一个循环测量单元，按步骤③的方法在第三个循环测量单元之后摆放第一个循环测量单元；以此类推，直到最后一个摆放的循环测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个循环测量单元为止。

显然交替法比循环法成本大为降低，便携性好，但循环法的操作要方便些，测量精度也略高。

有益效果：根据以上本发明用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规及其测量方法的描述，可以得出其相对于目前的测量单元沿被测圆周摆放的便携式通用大直径测量规，为达到提高巨大直径测量效率的目的而又不失测量精度，有如下五点效果显著的改进：

(1)对于长度较长的测量单元设置辅助支承机构，从而有效减小了由测量单元与被测圆周表面之间磁力所引起的测量单元本体的弯曲变形和测量单元长度误差的增加，保证了测量精度，并且可以减小测量单元重量的增加。

(2)对于长度较长的测量单元，本体的总体形状呈与被测圆周曲率相一致的弯曲形，这样，通过正向或反向安装固定机构、辅助支承机构和辅助定位机构，可以适应外径和内径测量的不同场合。

(3)当测量单元二个定位元件都是圆柱体时，使其中一个定位元件的有效定位部分长度充分短，从而可以有效减小二个定位元件轴线不平行所带来的直径测量误差。

(4)利用辅助定位元件在不同位置的转换，可以方便地将所有测量单元在被测圆周表面上具有划线或具有端面两种情况下，定位于被测圆周的同一个横截面内，保证测量精度。而且，因为采用一套辅助定位机构，机构简单。

(5)采用带V形测砧内径千分尺测量封闭尺寸，不但操作简便，效率提高，而且精度得到了保证。

附图说明

图1是说明本发明增加测量单元长度，从而提高便携式通用大直径测量规测量效率的示意图，其中0是被测圆周表面，1是测量单元，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体；

图2是本发明实施例中没有设置辅助支承机构的测量单元结构正视图，图中并示出了外径测量时其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体，14是固定机构，15是辅助定位机构，131是连接杆，132是前支块，133是后支块，1321是前支块132上的V形槽，1331是后支块133上的V形槽；

图3是本发明实施例中没有设置辅助支承机构的测量单元结构俯视图，图中并示出了外径测量时其与被测圆周端面之间的相互位置关系，其中01是被测圆周表面端面，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体，14是固定机构，15是辅助定位机构，131是连接杆，132是前支块，133是后支块；

图4是本发明实施例中长度较长设置辅助支承机构的测量单元结构正视图，图中并示出了外径测量时其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体，14是固定机构，15是辅助定位机构，16是辅助支承机构，132是前支块，133是后支块，134是中支块，1311是连接前支块132和中支块134的连接杆，1312是连接后支块133和中支块134的连接杆，1321是前支块132上的V形槽，1331是后支块133上的V形槽；

图5是图4中I处局部放大图，其中0是被测圆周表面，134是中支块，161是辅助支承元件，162是压簧，164是紧定螺钉，16111是手柄，1342是中支块134上的面，1343是中支块134上的面，1612是辅助支承元件161上的直槽；

图6是本发明实施例中长度较长设置辅助支承机构的测量单元结构俯视图，图中并示出了外径测量时其与被测圆周端面之间的相互位置关系，其中01是被测圆周表面端面，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体，14是固定机构，15是辅助定位机构，16是辅助支承机构，113是螺钉，114是弹簧垫片，121是螺钉，122是弹簧垫片，132是前支块，133是后支块，134是中支块，1311是连接前支块132和中支块134的连接杆，1312是连接后支块133和中支块134的连接杆；

图7是图6中I处局部放大图，其中111是圆柱体，112是圆柱体；

图8是图2和图4中A-A截面的剖面放大图，表示固定机构14的结构，图中并示出了外径测量时其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，133是后支块，141是磁性组件，142是旋钮，143是套筒，144是紧定螺钉，1332是后支块133上的孔，1333是后支块133上的面，1411是永久磁铁，1412是磁性组件141上的外螺纹，1421是旋钮142上的外螺纹，1422是旋钮142上的内螺纹，1431是套筒143上的法兰，1432是套筒143上的外圆，1433是套筒143上的内螺纹；

图9是图2和图4中B-B截面的剖面放大图，表示辅助定位机构15的结构，图中并示出了端面法定位时其与被测圆周表面和被测圆周端面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，01是被测圆周表面端面，132是前支块，151是辅助定位元件，152是螺钉，1324是前支块132上的螺孔，1325是螺孔，1511是锥面，1512是辅助定位元件151上的孔，1513是辅助定位元件151上的端面；

图10是图2和图4中B-B截面的放大剖面图，表示辅助定位机构15的结构，图中并示出了瞄准法定位时其与被测圆周表面和标记之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，02是被测圆周表面上的划线，132是前支块，151是辅助定位元件，152是螺钉，1324是前支块132上的螺孔，1325是螺孔，1511是锥面，1512是辅助定位元件151上的孔，1513是辅助定位元件151上的端面，1514是锥面1511与辅助定位元件151上的端面1513的交线；

图11是图4中C-C截面的放大剖面图，表示辅助支承机构16的结构，图中并示出了外径测量时其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，134是中支块，161是辅助支承元件，162是压簧，163是套筒，165是紧定螺钉，166是紧定螺钉，167是销轴，168是套筒，169是紧定螺钉，1610是螺钉，16111是手柄，1341是中支块134上的孔，1342是中支块134上的面，1343是中支块134上的面，1344是中支块134上的孔，1345是中支块134上的孔，1611是部分球形，1613是辅助支承元件161上的斜槽，1614是辅助支承元件161上的外圆柱面，1631是套筒163上的孔，1632是套筒163上的外圆，1633是套筒163上的孔，1671是销轴167上的外圆，1672是销轴167上的凸出部，1681是套筒168上的外圆，1682是套筒168上的内螺纹；

图12是图11中D-D截面的放大剖面图，表示辅助支承机构16的结构，其中134是中支块，161是辅助支承元件，163是套筒，167是销轴，168是套筒，1610是螺钉，1613是辅助支承元件161上的斜槽，1672是销轴167上的凸出部；

图13是图4所示测量单元测量内径时表示其结构的正视图，图中并示出了其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，11是前定位元件，12是后定位元件，13是本体，14是固定机构，15是辅助定位机构，16是辅助支承，132是前支块，133是后支块，134是中支块，1311是连接前支块132和中支块134的连接杆，1312是连接后支块133和中支块134的连接杆；

图14是图13中I处局部放大图，其中0是被测圆周表面，134是中支块，161是辅助支承元件，162是压簧，164是紧定螺钉，1342是中支块134上的面，1612是辅助支承元件161上的直槽；

图15是图13中A-A截面的放大剖面图，表示固定机构14的结构，图中并示出了其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，133是后支块，141是磁性组件，142是旋钮，143是套筒，144是紧定螺钉，1332是后支块133上的孔，1334是后支块133上的面，1411是永久磁铁，1412是磁性组件141上的外螺纹，1421是旋钮142上的外螺纹，1422是旋钮142上的内螺纹，1431是套筒143上的法兰，1432是套筒143上的外圆，1433是套筒143上的内螺纹；

图16是图13中B-B截面的放大剖面图，表示辅助定位机构15的结构，图中并示出了端面法定位时其与被测圆周表面和被测圆周端面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，01是被测圆周表面端面，132是前支块，151是辅助定位元件，152是螺钉，1324是螺孔，1325是前支块132上的螺孔，1511是锥面，1512是辅助定位元件151上的孔，1513是辅助定位元件151上的端面；

图17是图13中C-C截面的放大剖面图，表示辅助支承机构16的结构，图中并示出了外径测量时其与被测圆周表面之间的相互位置关系，其中0是被测圆周表面，134是中支块，161是辅助支承元件，162是压簧，163是套筒，165是紧定螺钉，166是紧定螺钉，167是销轴，168是套筒，169是紧定螺钉，1610是螺钉，16111是手柄，1341是中支块134上的孔，1342是中支块134上的面，1343是中支块134上的面，1344是中支块134上的孔，1345是中支块134上的孔，1611是部分球形，1613是辅助支承元件161上的斜槽，1614是辅助支承元件161上的外圆柱面，1631是套筒163上的孔，1632是套筒163上的外圆，1633是套筒163上的孔，1671是销轴167上的外圆，1672是销轴167上的凸出部，1681是套筒168上的外圆，1682是套筒168上的内螺纹；

图18是本发明实施例中带V形测砧内径千分尺2表示其结构的正视图，图中并示出了封闭尺寸测量时其与测量单元定位元件之间的相互位置关系，其中11是前定位元件，12是后定位元件，21是测微头，22是接长杆，23是接长杆，24是螺母盖，25是锁紧螺钉，232是端部为“V”形的V形测砧；

图19是一种普通内径千分尺表示其结构的正视图(该千分尺对应本发明实施例中带V形测砧内径千分尺)，图中并示出了封闭尺寸测量时其与测量单元定位元件之间的相互位置关系，其中11是前定位元件，12是后定位元件，21是测微头，22是接长杆，23是接长杆，24是螺母盖，25是锁紧螺钉，231是端部为部分球形的测砧；

具体实施方式

如图2至图18所示，本发明实施例之用于巨大直径测量的便携式通用大直径测量规由一系列相互独立的测量单元1和一种带V形测砧内径千分尺2组成。每个测量单元1由一个本体13、一个前定位元件11、一个后定位元件12、若干相同的包含永久磁铁1411的固定机构14、二个相同的辅助定位机构15，以及对于长度较长的测量单元1设置的一个包含有可以被移动和锁紧的辅助支承元件161的辅助支承机构16组成，其中，所述的前定位元件11和后定位元件12位于本体13的两端，固定机构14、辅助定位机构15和辅助支承机构16位于本体13上。带V形测砧内径千分尺2由一个普通内径千分尺和一个连接在该普通内径千分尺上具有端部形状为“V”形的V形测砧232的接长杆23组成。

如图2和图3所示，对于不设置辅助支承机构16的测量单元1，其本体13由一个连接杆131和固定连接于连接杆131两端的前支块132和后支块133组成，其中连接杆131为一个直管，整个本体13的总体形状呈“一”形；如图4、图5和图6所示，对于设置辅助支承机构16的长度较长的测量单元1，其本体13由二个连接杆1311和1312、固定连接于连接杆1311一端的前支块132、固定连接于连接杆1312一端的后支块133，以及分别固定连接于连接杆1311和1312另一端的中支块134组成；二个连接杆1311和1312为直管，整个本体13的总体形状呈与被测圆周曲率相一致的弯曲形。

如图2至图7所示，每个测量单元1中的前定位元件11和后定位元件12位于本体13的两端，其中一个测量单元1的前定位元件11和后定位元件12都是圆柱体，其余测量单元1的后定位元件12是一个圆柱体，前定位元件11是有效定位部分是长度充分短的圆柱体111，该圆柱体111位于同轴的一个直径略小但相对较长的圆柱体112的中间部位；圆柱体11的长度充分短这一安排，可以有效减小由于前定位元件11和后定位元件12之间轴线平行度误差所带来的测量误差；通过二个螺钉121或113和二个弹簧垫片122或114，所有测量单元1中定位元件11和定位元件12被固定连接在本体13的前支块132和后支块133的V形槽1321和V形槽1331上。

如图2至图7所示，长度较长的测量单元1上设置有四个相同的固定机构14，长度较短的测量单元1上设置有二个相同的固定机构14。以设置在后支块133上的固定机构14为例说明固定机构14的结构：如图8所示，固定机构14由一个内置永久磁铁1411的磁性组件141、一个旋钮142、一个带法兰1431的套筒143以及紧定螺钉44组成；将套筒43的外圆432以间隙配合装配于后支块33上的孔1332中，使套筒143法兰1431端面与后支块133上的面1333接触，再通过紧定螺钉144固定；旋钮142通过其前端的外螺纹1421和套筒的内螺纹1433装配在套筒143上，而磁性组件141通过其前端的外螺纹1412旋紧在旋钮142前端的内螺纹1422上。

如图2至图7所示，每个测量单元1上设置有相同的二个辅助定位机构15。以设置在前支块132上的辅助定位机构15为例说明辅助定位机构15的结构：如图9和图10所示，辅助定位机构15有一个带锥面1511的圆盘151作为辅助定位元件，通过穿过圆盘151上的孔1512的螺钉152和前支块上的螺纹孔1324固定于前支块132上；略微松动螺钉152，圆盘151可以绕孔1512轴线转动。

如图4、图5和图6所示，对于长度较长的测量单元1，其中支块134上设置有一个辅助支承机构16。如图5、图6、图11和图12所示，辅助支承机构16有一个头部加工成部分球形1611、中部圆柱面上加工有直槽1612、尾部加工有斜槽1613的辅助支承元件161，该辅助支承元件161在一个压簧162之后通过其外圆柱面1614被以间隙配合尾先入装入一个套筒163的盲孔1631中，拧入紧定螺钉164，使紧定螺钉164头部进入辅助支承元件161上的直槽1612中，这样，辅助支承元件161在压簧162的作用下沿套筒163上的盲孔1631轴向向盲孔1631外部方向作直线移动，但不能够转动，而且由于直槽1612的作用，辅助支承元件161也不能脱离套筒163的盲孔1631；接着，将套筒163再通过其外圆柱面1632以间隙配合装入中支块134上的通孔1341中，使套筒163盲孔1631的开口方向指向中支块134的面1343，拧紧紧定螺钉165和166，使套筒163固定于中支块134上；再接着，在套筒163的孔1633内通过外圆柱面1671以间隙配合装入销轴167，销轴167的头部加工有与辅助支承元件161上斜槽1613槽宽和斜度相吻合的凸出部1672，使该凸出部1672与直槽1612相配合；然后，将带有法兰的套筒168通过外圆柱面1681以间隙配合装入中支块134上的孔1344中，拧紧紧定螺钉169使其固定；最后，在套筒168的内螺纹1682中拧入端部装配有手柄16111的螺钉1610，使其与销轴167接触，这样，在这种情况下，转动手柄16111使螺钉1610与销轴167脱开，则在辅助支承元件161的头部1611施加一个力可以克服压簧162的作用使辅助支承元件161向盲孔1631内部移动，而若相反方向转动手柄16111使螺钉1610与销轴167接触并压紧，则在辅助支承元件161上斜槽1613和销轴167上凸出部1672的斜面作用下，可以将辅助支承元件161锁紧在套筒163上，这时即使在辅助支承元件161的头部1611施加一个力也不能使辅助支承元件161向盲孔1631内部移动。辅助支承元件161的头部1611加工成部分球形，目的在于改善其与被测圆周表面0的接触

对于图4至图7所示设置有辅助支承机构16的长度较长的测量单元1，以上所述固定机构14、辅助定位机构15和辅助支承机构16的安装均为外径测量时的安装位置，可以称之为正向安装，若以相反方向，即反向安装固定机构14、辅助定位机构15和辅助支承机构16，则可以测量内径。图13和图14是图4至图7所示测量单元反向安装固定机构14、辅助定位机构15和辅助支承机构16后的视图。为具体说明固定机构14反向安装后的结构，以如图15所示反向安装在后支块133上的固定机构14为例：与图8所示正向安装比较，可以得出，两种安装方式的区别在于反向安装时套筒143法兰1431端面是与后支块133上的面1334接触，而正向安装是与后支块133上的面1333接触。为具体说明辅助定位机构15反向安装后的结构，以如图16所示反向安装在前支块132上的辅助定位机构15为例：与图9所示正向安装比较，可以得出，两种安装方式的区别在于反向安装时螺钉152是拧入螺纹孔1325上的，而正向安装是拧入螺纹孔1534上的。为具体说明辅助支承机构16反向安装后的结构，以如图17所示反向安装在中支块134上的辅助支承机构16为例：与图11所示正向安装比较，可以得出，两种安装方式的区别在于反向安装时套筒163上盲孔1632的开口方向指向中支块134上的面1342，而正向安装指向中支块134上的面1343；与此相应，套筒168是安装在中支块134上的孔1345上的，而正向安装是安装在中支块134上的孔1344上的。从上可以得出，对于长度较长的测量单元1，其对应较大弓高的被测圆周曲率，但因为其本体13的总体形状呈与被测圆周曲率相一致的弯曲形，正、反安装固定机构14、辅助定位机构15和辅助支承机构16能够有效地保证它们作用的发挥，而对于长度较短的测量单元1，如图2和图3所示，因为它们本体13的总体形状呈“一”形，因此这两种安装方式本质上是一样的，这意味着对于长度较短的测量单元1而言，测量外径和内径时，不必改变固定机构14和辅助定位机构15的安装方式，这是因为其所对应的被测圆周弓高很小，所以并不影响固定机构14和辅助定位机构15作用的有效发挥。

如图19所示是一种普通内径千分尺的结构，其中21是测微头，22是一个长度较短的接长杆，23是一个长度较长的接长杆，24是螺母盖，25是锁紧螺钉；根据被测长度不同，可以选择不同数量和长度的接长杆。这种普通内径千分尺的结构、工作原理以及使用方法为本发明所属领域技术人员所熟知。用这种内径千分尺可以测量二个平行圆柱体之间的距离，如图19所示，但因为测量时需要寻找二个方向的极小点，操作比较困难。如图18所示，是本发明实施例所提供的一种带V形测砧内径千分尺2。比较图18和图19，可以得出，两者的区别在于普通内径千分尺的一个接长杆23的端部为部分球形的测砧231改成端部为“V”形的V形测砧232。这样，在用带V形测砧内径千分尺2测量二个平行圆柱体之间的距离时，只需要寻找一个方向的极小点，操作上要简便得多，精度也容易保证，如图18所示。

使用以上所述本发明实施例的便携式通用大直径测量规测量巨大直径时，需要将测量单元1按使用功能分成初始测量单元、循环测量单元和机动测量单元三类，其中初始测量单元的数量为一个，前定位元件11和后定位元件12都是圆柱体；循环测量单元的数量为二个以上，后定位元件12是一个圆柱体，前定位元件11是一个球体，或有效定位部分是长度充分短的圆柱体，循环测量单元的长度较长；机动测量单元的数量为若干，后定位元件12是一个圆柱体，前定位元件11是一个球体，或是有效定位部分是长度充分短的圆柱体。测量巨大直径时的具体操作可以采用循环法和交替法两种方法。采用循环法时的步骤如下：

①将初始测量单元摆放于被测圆周表面0被测直径部位处，确认初始测量单元上前定位元件11和后定位元件12不与被测圆周表面上的凸起或凹陷接触，并使初始测量单元的方向，即连接并垂直于初始测量单元前定位元件11和后定位元件12轴线的线段的方向，与被测圆周轴线异面垂直，可以采用如下二种方法之一达此目的：

a)瞄准法：如果在此之前已经通过某种方法在被测圆周表面0被测直径部位处画了一个位于被测圆周横截面内的圆标记02，则如图10所示，首先略微松动初始测量单元上的两个螺钉152，转动辅助定位元件151使锥面1511与端面1513的交线1514尽可能接近(但不要接触)被测圆周表面0，然后拧紧螺钉152；接着移动初始测量单元，使其上二个辅助定位机构15上的辅助定位元件151上的交线1514瞄准上述标记02；

b)端面法：如果被测圆周表面0具有端面01且该端面01距被测直径部位足够近，则如图9所示，首先略微松动初始测量单元上的两个螺钉152，转动辅助定位元件151使其尽可能向被测圆周表面0方向凸出，然后拧紧螺钉152；接着移动初始测量单元，使其上二个辅助定位机构15上的辅助定位元件151的端面1513与被测圆周表面0端面01接触；

完成上述定位后，转动初始测量单元上二个固定机构14中的旋钮142，改变永久磁铁1411的位置，从而在初始测量单元与被测圆周表面0之间产生足够大的磁力，使初始测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面0上。

如果初始测量单元上设置辅助支承机构16，则按如下步骤操作：首先，将初始测量单元按上述方法定位于被测圆周表面0上，然后，如图12所示，转动手柄16111，使螺钉1610与销轴167脱开，则在压簧162的作用下，辅助支承元件161头部1611自动与被测圆周表面0接触，然后反方向转动手柄16111，使螺钉1610与销轴167接触并压紧，从而锁紧辅助支承元件161，再通过转动第一个循环测量单元上固定机构14中的旋钮142，改变永久磁铁1411的位置，从而在初始测量单元与被测圆周表面0之间产生足够大的磁力，使初始测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面0上。

②将第一个循环测量单元摆放于被测圆周表面0被测直径部位处，使该循环测量单元前定位元件11上圆柱体表面111与初始测量单元的后定位元件12圆周表面沿后定位元件12轴向的中间部位处轻微接触，并使该循环测量单元的方向，即连接并垂直于该循环测量单元前定位元件11和后定位元件12轴线的线段的方向，与被测圆周表面0轴线异面垂直，方法同步骤①所述方法。完成上述定位后，使该循环测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面0上，方法同步骤①所述方法。

③将第二个循环测量单元摆放于被测圆周表面0被测直径部位处，使该循环测量单元前定位元件11上圆柱体表面111与第一个循环测量单元的后定位元件12圆周表面沿后定位元件12轴向的中间部位处轻微接触，并使该循环测量单元的方向，即连接并垂直于该循环测量单元前定位元件11和后定位元件12轴线的线段的方向，与被测圆周表面0轴线异面垂直，方法同步骤①所述方法。完成上述定位后，使该循环测量单元牢固而可靠地附着于被测圆周表面0上，方法同步骤①所述方法。

④按步骤③所述方法重复摆放其余循环测量单元，直到最后一个摆放的循环测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个循环测量单元为止。

⑤如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在前述带V形测砧内径千分尺2的测量范围之内，则此步骤略去；如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在前述带V形测砧内径千分尺2的测量范围上限之外，按步骤③摆放若干机动测量单元，使得最后一个摆放的机动测量单元与初始测量单元之间的距离，即新的封闭尺寸，在前述带V形测砧内径千分尺2的测量范围之内；如果步骤④中初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元之间的距离，即封闭尺寸，在前述带V形测砧内径千分尺2的测量范围下限之外，则移去步骤④中最后一个循环测量单元，然后按步骤③摆放若干机动测量单元，使得最后一个摆放的机动测量单元与初始测量单元之间的距离，即新的封闭尺寸，在前述带V形测砧内径千分尺2的测量范围之内。

⑥如果在上述摆放各循环测量单元和机动测量单元的过程中，前定位元件11或后定位元件12与被测圆周表面上的凸起或凹陷接触，可以插入机动测量单元跨过上述凸起或凹陷，其余操作方法同步骤③所述方法。

⑦采用上述步骤摆放各测量单元之后，形成初始测量单元与最后一个摆放的循环测量单元或机动测量单元之间距离，即最终的封闭尺寸，前定位元件11和后定位元件12必然是两个圆柱体。如图18所示，将前述带V形测砧内径千分尺2的V形测砧232定位于其中前定位元件11圆柱体沿轴向的中间部位表面上，转动带V形测砧内径千分尺测微套筒，使带V形测砧内径千分尺2的另一个测头212中心与后定位元件12圆柱体母线轻微接触，记录下此时带V形测砧内径千分尺2的读数。

⑧根据所有摆放的测量单元1与被测圆周形成的几何关系、所有摆放的测量单元1前定位元件11和后定位元件12的实际直径、前定位元件11和后定位元件12轴线之间距离的实际值，以及步骤⑦带V形测砧内径千分尺2的读数和V形测砧232的角度，编制程序后可以在计算机上计算出被测圆周直径。测量过程完毕。

采用交替法的步骤与采用循环法的步骤相同，区别仅在于上述步骤④中，交替法所采用的循环测量单元较少(最少二个)。假定循环测量单元的数量是三个，交替法中上述步骤④的操作过程改为：按步骤③的方法摆放第三个循环测量单元(即最后一个循环测量单元)，然后，保持第二个循环测量单元不动，转动固定机构4中的旋钮142，除去第一个循环测量单元与被测圆周表面0之间的磁力并移开第一个循环测量单元，按步骤③的方法在第三个循环测量单元之后摆放第一个循环测量单元。以此类推，直到最后一个摆放的循环测量单元与初始测量单元之间的距离不足以放下另一个循环测量单元为止。

大型机械装备，包括大型发电设备、重型机械、大型船舶、大型容器、以及航天设备等，遍及电力、航空航天、船舶、矿山、冶金、化工、石油和交通等各个领域，涉及国民经济的命脉，因此具有重大的意义。大型主轴、大型轴承、大型齿轮、大型容器，以及大型活塞等是组成大型机械装备的重要甚至是核心的零件，它们的加工都需要高精度的大直径乃至巨大直径的测量。作为本发明的便携式通用大直径测量规因为具有精度高、没有测量上限、操作简便以及便携性等特点而在这些场合具有重要的应用价值。