CN104457667A - 细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法 - Google Patents

细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法。该细长轴深孔壁厚测量装置，包括：底座；安装组件，包括用于安装待测细长轴的支撑座；检测组件，包括安装座、测量杆、检测件以及处理器，其中，安装座沿底座的长度方向可移动地设置；测量杆可沿第一方向运动，该第一方向为垂直于放置在支撑座上的待测细长轴的轴线的方向；检测件用于检测待测细长轴的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和待测细长轴的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；处理器与检测件连接以对检测件检测的数据进行处理以确定待测细长轴深孔的壁厚。本发明的细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法的测量精度高，且结构简单，自动化程度高，便于实现。

Description

细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及深孔内型腔测量装置领域，具体而言，涉及一种细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法。
背景技术
以航空发动机动力涡轮传动轴为代表的柔性细长轴具有深径比大(大于30)、壁薄、高速动平衡要求高等特点，是发动机高速旋转工作条件下的主要承力件，传递载荷，与盘、叶片等组成转子，支承在轴承上做高速旋转，为涡轴航空发动机的核心零件。
柔性细长轴一般都是薄壁空心轴，其内型腔表面设计成通孔或台阶孔，并带有内花键、螺纹等。内孔圆周跳动及直线度要求高达0.03mm，壁厚差不大于0.05mm，为了检测细长轴的合格率，现有技术中采用三坐标测量机测量方法检测细长轴的各个率，具体步骤为：将细长轴卧式安装在放置三坐标平台上的两个V形铁上，测头接细长加长杆深入深孔内腔进行检测。现有的检测细长轴的合格率的方法有如下几个缺点：
(1)由于三坐标测头传感器连接的加长杆较长，测头的负重大，造成测头不平衡，测量精度及重复精度成急剧下降趋势，坐标机接长杆最长极限值为300mm，无法检测到深孔内腔的全程。
(2)无专用的测量装夹辅助工装，长轴的轴线靠人工调整无法保证与三坐标机械坐标系平行，在测量的过程中经常发生测头碰撞故障。
(3)三坐标的测量数据是通过计算机计算后得到的长轴的中心轴线的数据反映，并非长轴母线上的真实数据反映。
(4)三坐标测量壁厚差是通过中心、内外径进行间接计算得出的，存在测量误差。
(5)在平台上测量内孔的跳动，只能检测到孔口的跳动，深孔内部的跳动无法检测到。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种便于对细长轴深孔壁厚进行检测的细长轴深孔壁厚测量装置及测量方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种细长轴深孔壁厚测量装置，包括：底座；安装组件，安装组件包括用于安装待测细长轴的支撑座；检测组件，检测组件包括安装座、测量杆、检测件以及处理器，其中，安装座设置在底座上，安装座沿底座的长度方向可移动地设置；测量杆的第一端设置在安装座上，测量杆平行于底座，且测量杆的轴线与放置在支撑座上的待测细长轴的轴线方向一致，测量杆可沿第一方向运动，该第一方向为垂直于放置在支撑座上的待测细长轴的轴线的方向；检测件设置在测量杆的靠近支撑座的一端以检测待测细长轴的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和待测细长轴的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；处理器与检测件连接以对检测件检测的数据进行处理以确定待测细长轴深孔的壁厚。进一步地，底座上设置有沿底座的长度方向延伸的轨道，支撑座沿轨道的长度方向可移动地设置。
进一步地，支撑座至少为两个，至少两个支撑座间隔设置在轨道上。
进一步地，支撑座包括：底板，底板可移动地设置在轨道上；螺杆，螺杆固定在底板上，螺杆垂直于底座；螺母，螺母套设在螺杆上，并可沿螺杆的长度方向移动；支撑板，支撑板上设置有与螺杆相适配的通孔，且支撑板位于螺母的远离底板的一侧。
进一步地，支撑板上设置有V型定位槽。
进一步地，测量杆由碳纤维材料制成。
进一步地，细长轴深孔壁厚测量装置还包括校准组件，校准组件包括：支架，支架固定设置在底座上；标准块，标准块固定设置在支架上以校准测量杆和检测件。
进一步地，检测件为T型双向扫描传感器。
根据本发明的另一方面，提供了一种细长轴深孔壁厚测量方法，细长轴深孔壁厚测量方法由上述的细长轴深孔壁厚测量装置实现，包括：放置步骤：将待测细长轴放置在支撑座上，并使测量杆的轴线与放置在支撑座上的待测细长轴的轴线方向一致；检测步骤：使安装座沿底座的长度方向运动，然后使测量杆沿垂直于放置在支撑座上的待测细长轴的轴线的第一方向移动，并利用检测件检测待测细长轴的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和待测细长轴的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；计算步骤：根据检测件的测量结果，利用处理器计算待测细长轴的深孔的壁厚。
进一步地，在放置步骤之前，细长轴深孔壁厚测量方法的还包括校准步骤，校准步骤包括：利用细长轴深孔壁厚测量装置的校准组件对测量杆和检测件进行校准。
应用本发明的技术方案，当需要对细长轴深孔的壁厚进行测量时，首先将待测细长轴放置在安装组件上，并保证待测细长轴的轴线方向与测量杆的轴向方向一致，然后使安装座沿底座的长度方向运动，此时，由于测量杆可沿垂直于待测细长轴的轴向方向运动，当安装座运动的过程中，测量杆可以伸入到待测细长轴的深孔内，随测量杆的运动，可以带动设置在测量杆上的检测件的运动，检测件沿待测细长轴轴线方向运动的过程中，可以检测得到待测细长轴的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标，并将多个第一点处的孔壁坐标传递给处理器；同样地，当安装座运动的过程时，可以调整测量杆的位置，使测量杆移动到待测细长轴的外周，此时，通过检测件的作用，可以得到待测细长轴外表面上的与前述的多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标，并将该外表面坐标传递至处理器，最后，通过处理器的作用，将相对应的外表面坐标和孔壁坐标相减，即可得到待测细长轴的深孔孔壁的厚度。测量的过程中，可以旋转放置在支撑座上的待测细长轴，得到多组数据，如果经处理器处理后的壁厚值的波动范围在0.05mm内，则说明该细长轴为合格的细长轴，反之则为不合格的细长轴。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了本发明的细长轴深孔壁厚测量装置的主视图；
图2示意性示出了本发明的细长轴深孔壁厚测量装置的俯视图；以及
图3示意性示出了本发明的细长轴深孔壁厚测量装置的左视图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、底座；11、轨道；20、安装组件；21、支撑座；211、底板；212、螺杆；213、支撑板；2131、V型定位槽；30、检测组件；31、安装座；32、测量杆；33、检测件；40、校准组件；41、支架；42、标准块；50、待测细长轴。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种细长轴深孔孔壁测量装置。该细长轴深孔壁厚测量装置包括底座10、安装组件20以及检测组件30。
其中，安装组件20包括用于安装待测细长轴50的支撑座21；检测组件30包括安装座31、测量杆32、检测件33以及处理器(图中未示出)，安装座31设置在底座10上，安装座31沿底座10的长度方向可移动地设置；测量杆32的第一端设置在安装座31上，测量杆32平行于底座10，且测量杆32的轴线与放置在支撑座21上的待测细长轴50的轴线方向一致，测量杆32可沿第一方向运动，该第一方向为垂直于放置在支撑座21上的待测细长轴50的轴线方向；检测件33设置在测量杆32的靠近支撑座21的一端以检测待测细长轴50的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和待测细长轴50的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；处理器与检测件33连接以对检测件33检测的数据进行处理以确定待测细长轴50深孔的壁厚。
根据本实施例，当需要对细长轴深孔的壁厚进行测量时，首先将待测细长轴50放置在安装组件20上，并保证待测细长轴50的轴线方向与测量杆32的轴向方向一致，然后使安装座31沿底座10的长度方向运动，此时，由于测量杆32可沿垂直于待测细长轴50的轴向方向运动，当安装座31运动的过程中，测量杆32可以伸入到待测细长轴50的深孔内，随测量杆32的运动，可以带动设置在测量杆32上的检测件33的运动，检测件33沿待测细长轴50轴线方向运动的过程中，可以检测得到待测细长轴50的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标，并将多个第一点处的孔壁坐标传递给处理器；同样地，当安装座31运动的过程时，可以调整测量杆32的位置，使测量杆32移动到待测细长轴50的外周，此时，通过检测件33的作用，可以得到待测细长轴50外表面上的与前述的多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标，并将该外表面坐标传递至处理器，最后，通过处理器的作用，将相对应的外表面坐标和孔壁坐标相减，即可得到待测细长轴50的深孔孔壁的厚度。测量的过程中，可以旋转放置在支撑座21上的待测细长轴50，得到多组数据，如果经处理器处理后的壁厚值的波动范围在0.05mm内，则说明该细长轴为合格的细长轴，反之则为不合格的细长轴。
本实施例中装置还包括数据采集器(图中未示出)，数据采集器与检测件33连接以采集检测件33检测得到的数据，数据采集器将采集到的数据传递给处理器处理得到细长轴深孔的壁厚，结构简单，便于实现。
根据本实施例，由于本实施例中确定的细长轴深孔壁厚的因素仅包括孔壁坐标和外边坐标，且仅需要一个方向上的坐标即可确定，相对于以往采用三坐标机测量细长轴深孔壁厚的方式，本实施例的装置的测量精度高，且结构简单，自动化程度高，便于实现。
此外，本实施例中检测件33设置在测量杆32的靠近安装组件20的一端，能够伸入到待测细长轴50的深孔内，便于提高本实施例的细长轴深孔壁厚检测装置的检测精度。
针对长轴类零件的内孔直径、跳动、直线度、轮廓度和壁厚差的检测要求，编制专用的长轴深孔检测及数据处理的处理器，允许用户自由进行零件的相关尺寸和公差计算。处理器可自动识别不同的零件，也可以识别指定的轮廓特征从而调用最合适的测量程序，对已经定义的轮廓进行自动测量。处理器可以运用输入的理论数据或实体图形跟踪检测被测轮廓，并与其进行精确地自动比较和数据处理。报告形式分图形报告和实测数据文本报告两种形式。
参见图3所示，本实施例中的底座10上设置有沿底座10的长度方向延伸的轨道11，支撑座21沿轨道11的长度方向可移动地设置，便于根据待测细长轴50的长度调整支撑座21的支撑点，保证待测细长轴50轴线与测量杆32的轴线方向的一致性。
优选地，支撑座21至少为两个，至少两个支撑座21间隔设置在轨道11上，便于支撑待测细长轴50。
在本发明的一种优选的实施例中，支撑座21包括底板211、螺杆212、螺母(图中未示出)以及支撑板213。其中，底板211可移动地设置在轨道11上，便于适应不同长度的待测细长轴50；螺杆212固定在底板211上，螺杆212垂直于底座10；螺母套设在螺杆212上，并可沿螺杆212的长度方向移动；支撑板213上设置有与螺杆212相适配的通孔，支撑板213通过该通孔定位在螺杆212上，且该支撑板213位于螺母的远离底板211的一侧，通过螺母支撑在支撑座21上。在放置待测细长轴50的过程中，为了保证待测细长轴50与测量杆32的轴向方向的一致性，由于螺母可沿螺杆212的长度方向运动，使得支撑板213的高度可调，通过螺母的调节作用，能够在待测细长轴50的轴线方向与测量杆32的轴线方向不一致时对待测细长轴50进行调节，进而提高本实施例的测量装置的检测精度。
优选地，支撑板213上设置有V型定位槽2131，便于放置待测细长轴50，结构简单，便于实现，在设计V型定位槽2131的过程中，在V型定位槽2131配合双向参考基准，便于保证待测细长轴50的安装精度。
由于测量杆32为细长杆，受重力的作用，细长的测量杆32的安装有检测件33的一端的负重大，容易出现不平衡的现象，为了避免这一现象的出现，本实施例中的测量杆32由碳纤维材料制成，其长度可达1200mm，结构强度高，变形小。
再次结合图1至3所示，本实施例中的细长轴深孔壁厚测量装置还包括校准组件40，该校准组件40包括支架41和标准块42。其中，支架41固定设置在底座10上；标准块42固定设置在支架41上以校准测量杆32和检测件33。校准时，使安装座31沿底座10的长度方向运动，在标准块42的上表面和下表面分别检测一组数据，利用处理器将两组数据相减，得到数值如为标准块42的标准厚度，则说明测量杆32和检测件33的安装准确，否则调整后重新校准。
优选地，检测件33为T型双向扫描传感器，其精度可满足内腔形状误差的检测，从功能上还能一并完成壁厚差的检测。
根据本发明的另一方面，提高了一种细长轴深孔壁厚测量方法，细长轴深孔壁厚测量方法由上述的细长轴深孔壁厚测量装置实现。
本实施例的细长轴深孔壁厚测量方法包括校准步骤、放置步骤、检测步骤以及计算步骤。
在实际测量的过程中，校准步骤和放置步骤可以相互交换。下面具体介绍各个步骤的具体操作过程。
校准步骤：利用细长轴深孔壁厚测量装置的校准组件40对测量杆32和检测件33进行校准。校准时，使安装座31沿底座10的长度方向运动，在标准块42的上表面和下表面分别检测一组数据，利用处理器将两组数据相减，得到数值如为标准块42的标准厚度，则说明测量杆32和检测件33的安装准确，否则调整后重新校准。
放置步骤：将待测细长轴50放置在支撑座21上，并使测量杆32的轴线与放置在支撑座21上的待测细长轴50的轴线方向一致，如果不一致，可以调节支撑座21，使支撑座21上的螺母沿螺杆212的长度方向运动以调整支撑板213，进而使测量杆32的轴线与放置在支撑座21上的待测细长轴50的轴线方向一致。
检测步骤：使安装座31沿底座10的长度方向运动，然后使测量杆32测量杆32沿垂直于放置在支撑座21上的待测细长轴50的轴线的第一方向移动，并利用检测件33检测待测细长轴50的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和待测细长轴50的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标，在测量的过程中，为了提高检测的检测精度，可以旋转细长轴，测量多组数据。
计算步骤：根据检测件33的测量结果，利用处理器计算待测细长轴50的深孔的壁厚。将相对应的外表面坐标和孔壁坐标相减，即可得到待测细长轴50的深孔孔壁的厚度。如果经处理器处理后的壁厚值的波动范围在0.05mm内，则说明该细长轴为合格的细长轴。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
(1)测量精度由原有的0.03提高到0.005，测量数据稳定，测量重复性好；
(2)能完成长度至1000mm、直径小至φ15mm的深孔长轴内孔尺寸的全量程检测，能精准的测量出长轴内孔母线轮廓、任意截面跳动和壁厚差。在加工过程中可根据实测数据将长轴深孔偏离状态修正合格。
(3)测量方法容易掌握，方便推广；
(4)装夹、找正方法简单，测量和数据处理实现程序化批量测量效率极高，每批只需找正一件后，余下的零件直接执行程序开始测量即可。测量效率由原有的2小时/件提高到0.5小时/件；
(5)用3D测量软件处理数据方便直观，也可使用工件CAD图形与测量轮廓精确比较。
(6)大大地提高了检测精度和工作效率，不仅为细长轴类零件的按时交付起到了关键性作用，而且为公司全年的航机交付争取了大量的宝贵时间，效果很好。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，包括：
底座(10)；
安装组件(20)，所述安装组件(20)包括用于安装待测细长轴(50)的支撑座(21)；
检测组件(30)，所述检测组件(30)包括安装座(31)、测量杆(32)、检测件(33)以及处理器，其中，
所述安装座(31)设置在所述底座(10)上，所述安装座(31)沿所述底座(10)的长度方向可移动地设置；
所述测量杆(32)的第一端设置在所述安装座(31)上，所述测量杆(32)平行于所述底座(10)，且所述测量杆(32)的轴线与放置在所述支撑座(21)上的所述待测细长轴(50)的轴线方向一致，所述测量杆(32)可沿第一方向运动，该第一方向为垂直于放置在所述支撑座(21)上的所述待测细长轴(50)的轴线的方向；
所述检测件(33)设置在所述测量杆(32)的靠近所述支撑座(21)的一端以检测所述待测细长轴(50)的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和所述待测细长轴(50)的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；
所述处理器与所述检测件(33)连接以对所述检测件(33)检测的数据进行处理以确定所述待测细长轴(50)深孔的壁厚。
2.根据权利要求1所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述底座(10)上设置有沿所述底座(10)的长度方向延伸的轨道(11)，所述支撑座(21)沿所述轨道(11)的长度方向可移动地设置。
3.根据权利要求2所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述支撑座(21)至少为两个，所述至少两个支撑座(21)间隔设置在所述轨道(11)上。
4.根据权利要求3所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述支撑座(21)包括：
底板(211)，所述底板(211)可移动地设置在所述轨道(11)上；
螺杆(212)，所述螺杆(212)固定在所述底板(211)上，所述螺杆(212)垂直于底座(10)；
螺母，所述螺母套设在所述螺杆(212)上，并可沿所述螺杆(212)的长度方向移动；
支撑板(213)，所述支撑板(213)上设置有与所述螺杆(212)相适配的通孔，且所述支撑板(213)位于所述螺母的远离所述底板(211)的一侧。
5.根据权利要求4所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述支撑板(213)上设置有V型定位槽(231)。
6.根据权利要求1所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述测量杆(32)由碳纤维材料制成。
7.根据权利要求1所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述细长轴深孔壁厚测量装置还包括校准组件(40)，所述校准组件(40)包括：
支架(41)，所述支架(41)固定设置在所述底座(10)上；
标准块(42)，所述标准块(42)固定设置在所述支架(41)上以校准所述测量杆(32)和所述检测件(33)。
8.根据权利要求1所述的细长轴深孔壁厚测量装置，其特征在于，所述检测件(33)为T型双向扫描传感器。
9.一种细长轴深孔壁厚测量方法，其特征在于，所述细长轴深孔壁厚测量方法由权利要求1至8中任一项所述的细长轴深孔壁厚测量装置实现，包括：
放置步骤：将待测细长轴(50)放置在所述支撑座(21)上，并使所述测量杆(32)的轴线与放置在所述支撑座(21)上的所述待测细长轴(50)的轴线方向一致；
检测步骤：使所述安装座(31)沿所述底座(10)的长度方向运动，然后使所述测量杆(32)沿垂直于放置在所述支撑座(21)上的待测细长轴(50)的轴线的第一方向移动，并利用所述检测件(33)检测所述待测细长轴(50)的深孔的孔壁上的多个第一点处的孔壁坐标和所述待测细长轴(50)的外表面上的与该多个第一点对应的多个第二点处的外表面坐标；
计算步骤：根据所述检测件(33)的测量结果，利用所述处理器计算所述待测细长轴(50)的深孔的壁厚。
10.根据权利要求9所述的细长轴深孔壁厚测量方法，其特征在于，在所述放置步骤之前，所述细长轴深孔壁厚测量方法的还包括校准步骤，所述校准步骤包括：
利用所述细长轴深孔壁厚测量装置的校准组件(40)对所述测量杆(32)和所述检测件(33)进行校准。
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