CN105371775B - 一种自定心深孔参数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自定心深孔参数测量装置，包括定心装置、测量记录装置和行进装置。定心装置位于工件的深孔中，包括套筒、定心轴、两个锥形体、六个测杆和弹簧。测量记录装置包括固定在定心轴两端的两个测距传感器，两个测距传感器均与控制终端电连接。行进装置包括第二电机、卷筒和柔性绳索，柔性绳索的一端与定心轴的一端连接，另一端缠绕在卷筒上，卷筒的转轴与第二电机的输出轴连接。在弹簧恢复力作用下两个锥形体向两侧移动，测杆在滑槽中滑动，导致测杆沿筒体径向向外移动，直至测杆的测头与工件深孔的内壁相抵触，使得两个锥形体处于受力平衡状态，此时定心轴位于件深孔的轴线上，达到深孔定轴的目的，保证工件深孔相关参数的精确测量。
Description
技术领域
本发明属于深孔测量装置，具体涉及一种自定心深孔参数测量装置。
背景技术
在飞机、轮船、大型精密仪器等现代化工业中，轴孔零件的加工、检测始终是影响生产的一大难题，此类零件孔径、深孔圆度、直线度的精度是保证产品质量的一个重要因素。
目前，传统的内径测量方法主要通过卡尺、卡规在零件加工后进行测量，这类测量方法属于接触式测量，其操作不便，精度难以保证，人为影响因素大。而且，对于孔深与孔径比大于5的深孔或超深孔零件，测试更加不便。针对这种现状，国内外学者对深孔内径参数的测试技术开展了大量研究。目前，基于光电原理的非接触扫描测试技术，可以自动定心的管道机器人内径测量方法以其精度高，测试方便得到了一定的应用和发展。在这些现代化的测试仪器中，高精度的定心技术是孔径参数测量的重要基础，高精度的定心技术可以减少测试机构偏心引起的测量误差。马孜等人在机械工程学报，2009，45(6)：267-273，《大孔径管道4自由度内部检测机器人系统》一文中采用测量定位可调框架，使扫描中心逼近管道中心；苏丽梅等人长春理工大学学报，2005，28(1)：30-31，《管道内径光电检测技术研究》一文中采用双椭圆环方式将测量机构定位在中型管道中。然而上述测量机构定位精度、效率和测量范围往往不能同时满足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自定心深孔参数测量装置，解决现有技术中深孔测量装置定位精度、效率低和测量范围小的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种自定心深孔参数测量装置，包括定心装置、测量记录装置和行进装置。所述定心装置包括套筒、定心轴、两个锥形体、六个测杆和弹簧，定心轴位于套筒的轴线上，且定心轴通过轴承与套筒连接，套筒的筒壁上开设有两组通孔，每组通孔为三个，且三个通孔沿圆周均匀分布；两个锥形体和弹簧位于套筒中，且活动式套设在定心轴上，两个锥形体的锥部分别朝向定心轴的两端，弹簧设置在两个锥形体之间；每个锥形体的锥面均匀开设有三个滑槽，且三个滑槽分别沿锥形体的母线方向开设，六个测杆分别穿过套筒筒壁上的通孔；每个测杆的一端卡设在一个滑槽中。当定心装置位于工件的深孔内进行测量时，六个测杆分别穿过套筒筒壁上的通孔；每个测杆的一端卡设在一个滑槽中，另一端与工件深孔的内壁接触，弹簧处于压缩状态。所述测量记录装置包括固定在定心轴两端的两个测距传感器和控制终端，两个测距传感器均与控制终端电连接，套筒上固定设置有第一电机，第一电机的输出轴通过齿轮机构与定心轴连接；所述行进装置包括第二电机、卷筒和柔性绳索，所述柔性绳索的一端与定心轴的一端连接，柔性绳索的另一端缠绕在卷筒上，卷筒的转轴与第二电机的输出轴连接；所述第一电机、第二电机均与控制终端之间电连接。
进一步改进，所述测杆包括套杆和测头，测头可拆卸式安装在套杆的一端，测头与工件深孔的内壁接触，根据待测孔径的大小可以通过更换不同长度的测头来满足要求；测头的端部设置有球体，增大测头与工件深孔内壁的接触面，同时利于测头的滚动。
进一步改进，所述控制终端为计算机，通过控制终端控制第一电机、第二电机的旋转方向和角度。并且两个测距传感器的测量结果在控制终端上显示，方便操作者直观的了解工件深孔的相关参数。
进一步改进，所述套筒的端部设置有套筒盖，装配时通过打开筒盖方便放入两个锥形体，且筒盖与定心轴紧密配合，使得整个套筒对称，测量时轴线更加对中，同时起到密封作用，
进一步改进，所述柔性绳索的一端与定心轴连接，另一端通过定滑轮缠绕在卷筒上，通过设置定滑轮改变柔性绳索的运动方向，进而改变卷筒和第二电机的安装位置，节省空间。同时，保证定心轴与柔性绳索的C-D段(即定心轴的端部到定滑轮段)共线，防止定心轴所受拉力与其轴线存在夹角而影响测量精度。
进一步改进，所述测距传感器为激光测距传感器，激光测距传感器测量范围广，响应速度快，测量精度高，体积小安装调试方便。
进一步改进，所述锥形体锥面上的滑槽的端部设置有限位块，防止套杆滑出锥形体锥面上的滑槽而影响测量结果。
进一步改进，至少一个锥形体上开设有卡槽，且卡槽与锥形体的轴线平行，所述至少两个或其中任一个锥形体上沿其轴线方向开设有卡槽，套筒上设置有销钉，销钉的一端活动式卡设在锥形体的卡槽中。当锥形体受到弹簧的推力时，锥形体能够通过卡槽相对于销钉滑动，但当前角度的参数测量完成需要定心装置旋转一定角度再次测量时，通过设置销钉更好地防止锥形体、测杆相对于套筒发生转动而影响测量精度。
采用该测量装置进行深孔参数测定的过程如下：
1)、根据待测深孔的内径，选择相应长度的测杆，将六个侧杆分别穿过筒体上对应的通孔，安装在锥形体锥面上的六个滑槽中，将定心装置放入工件的深孔中，在弹簧的恢复力作用下两个锥形体受到朝向定心轴端部的推力而分别向两侧移动，但是因为测杆穿过筒体上的通孔，则测杆相对筒体轴线方向的位置是固定的，那么两个锥形体向两侧移动时，测杆在滑槽中滑动，导致测杆沿筒体径向向外移动，直至测杆的测头与工件深孔的内壁相抵触，最终使得两个锥形体处于受力平衡状态，相对筒体静止，此时，定心轴位于工件深孔的轴线上，测量装置与工件深孔同轴，保证测量精度。
2)、所述定心轴伸出套筒的两端，两个测距传感器分别设置在定心轴的两端，通过测距传感器测出工件深孔当前截面当前角度的孔径尺寸量，并通过控制终端对测量数据记录进行记录、显示。
3)、通过控制终端启动第一电机，通过齿轮机构驱动定心轴旋转，每转过一定角度记录当前的孔径尺寸，从而完成整个截面的数据测量。
4)、当前截面的所有数据记录完成后，通过控制终端启动第二电机，第二电机驱动卷筒旋转缠绕柔性绳索，带动定心装置、测量记录装置沿工件深孔的轴线方向移动，进行下一个截面的参数测量。
本发明相对与现有技术的有益效果如下：
1、本发明采用两个背向设置的锥形体，两个锥形体之间设置弹簧，每个锥形体的锥面上沿母线方向均匀开设有三个滑槽，测杆的一端卡设在滑槽中，在弹簧的恢复力作用下两个锥形体向两侧移动，测杆在滑槽中滑动，导致测杆沿筒体径向向外移动，直至测杆的测头与工件深孔的内壁向抵触，使得两个锥形体处于受力平衡状态，此时定心轴位于件深孔的轴线上，达到深孔定轴的目的，保证工件深孔相关参数的精确测量。
2、本发明的测杆包括套杆和测头，根据待测孔径的大小可以通过更换不同长度的测头来满足要求，操作方便。
3、本发明采用激光测距传感器进行测量，激光测距传感器测量范围广，响应速度快，测量精度高，体积小安装调试方便。
4、本发明通过控制终端控制第一电机、第二电机的旋转方向和角度，并且两个测距传感器的测量结果在控制终端上显示，方便操作者直观的了解工件深孔的相关参数。
附图说明
图1使本发明所述自定心深孔参数测量装置的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1、2所示，一种自定心深孔参数测量装置，包括定心装置、测量记录装置和行进装置。所述定心装置位于工件1的深孔中，定心装置包括套筒2、定心轴6、两个锥形体5、两个轴承3、六个测杆和弹簧12，所述定心轴6位于套筒2的轴线上，且定心轴6通过两个轴承3与套筒2连接，套筒2的筒壁上开设有两组通孔，每组通孔为三个，且三个通孔均布在与套筒2轴线垂直的截面上；两个锥形体5和弹簧12位于套筒2中，且活动式套设在定心轴6上，两个锥形体5背向设置，且两个锥形体5的锥部分别朝向定心轴6的两端，弹簧12设置在两个锥形体5之间；每个锥形体5的锥面上沿母线方向均匀开设有三个滑槽，所述六个测杆分别穿过套筒2筒壁上的通孔，测杆包括套杆10和测头11，测头11与套杆10螺纹连接，套杆10的一端卡设在一个滑槽中，弹簧12处于压缩状态，一个锥形体5上沿其轴线方向开设有卡槽，套筒2上设置有销钉4，销钉4的一端活动式卡设在锥形体5的卡槽中。
所述测量记录装置包括固定在定心轴6两端的两个激光测距传感器，两个激光测距传感器均与控制终端17计算机电连接，套筒2上固定设置有第一电机9，第一电机9的输出轴通过齿轮机构8与定心轴6连接。所述行进装置包括第二电机20、卷筒19和柔性绳索21，所述柔性绳索21的一端与定心轴6的一端连接，另一端缠绕在卷筒19上，卷筒19的转轴与第二电机20的输出轴连接；所述第一电机9、第二电机20均与控制终端17之间电连接。
采用该测量装置进行深孔参数测定的过程如下：
1)、根据待测深孔的内径，选择相应长度的测杆，将六个侧杆分别穿过筒体2上对应的通孔，安装在锥形体5锥面上的六个滑槽中，将定心装置放入工件1的深孔中，在弹簧12的恢复力作用下两个锥形体5因受到朝向定心轴6端部的推力而分别向两侧移动，但是因为测杆穿过筒体2上的孔，则测杆相对筒体2轴线方向的位置是固定的，那么两个锥形体5向两侧移动时，测杆在滑槽中滑动，导致测杆沿筒体2径向向外移动，直至测杆的测头11与工件1深孔的内壁相抵触，最终使得两个锥形体5处于受力平衡状态，相对筒体2静止，此时，定心轴6位于工件1深孔的轴线上，测量装置与工件1的深孔同轴，保证测量精度。
2)、通过定心轴6两端的两个测距传感器7测出工件1深孔当前截面当前角度的孔径尺寸量，并通过控制终端17对测量数据记录进行记录、显示。
3)、通过控制终端17启动第一电机9，通过齿轮机构8驱动定心轴6旋转，每转过一定角度记录当前的孔径尺寸，从而完成整个截面的数据测量。
4)、当前截面的所有数据记录完成后，通过控制终端17启动第二电机20，第二电机20驱动卷筒19旋转缠绕柔性绳索21，带动定心装置、测量记录装置沿工件1深孔的轴线方向移动，进行下一个截面的参数测量。
本发明中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
Claims (8)
1.一种自定心深孔参数测量装置，其特征在于，包括：
定心装置，所述定心装置包括套筒(2)、定心轴(6)、两个锥形体(5)、六个测杆和弹簧(12)，定心轴(6)位于套筒(2)的轴线上，且定心轴(6)通过轴承(3)与套筒(2)连接，套筒(2)的筒壁上开设有两组通孔，每组通孔为三个，且三个通孔沿圆周均匀分布；两个锥形体(5)和弹簧(12)位于套筒(2)中，且活动式套设在定心轴(6)上，两个锥形体(5)的锥部分别朝向定心轴(6)的两端，弹簧(12)设置在两个锥形体(5)之间；每个锥形体(5)的锥面均匀开设有三个滑槽，且三个滑槽分别沿锥形体(5)的母线方向开设；六个测杆分别穿过套筒(2)筒壁上的通孔；每个测杆的一端卡设在一个滑槽中；另一端与工件(1)深孔的内壁接触，弹簧(12)处于压缩状态；
测量记录装置，所述测量记录装置包括固定在定心轴(6)两端的两个测距传感器(7)和控制终端(17)，两个测距传感器(7)均与控制终端(17)电连接，套筒(2)上固定设置有第一电机(9)，第一电机(9)的输出轴通过齿轮机构(8)与定心轴(6)连接；
行进装置，所述行进装置包括第二电机(20)、卷筒(19)和柔性绳索(21)，所述柔性绳索(21)的一端与定心轴(6)的一端连接，柔性绳索(21)的另一端缠绕在卷筒(19)上，卷筒(19)的转轴与第二电机(20)的输出轴连接；
所述第一电机(9)、第二电机(20)均与控制终端(17)之间电连接；
采用该测量装置进行深孔参数测定的方法如下：
1)、根据待测深孔的内径，选择相应长度的测杆，将六个侧杆分别穿过筒体上对应的通孔，安装在锥形体锥面上的六个滑槽中，将定心装置放入工件的深孔中，在弹簧的恢复力作用下两个锥形体受到朝向定心轴端部的推力而分别向两侧移动，但是因为测杆穿过筒体上的通孔，则测杆相对筒体轴线方向的位置是固定的，那么两个锥形体向两侧移动时，测杆在滑槽中滑动，导致测杆沿筒体径向向外移动，直至测杆的测头与工件深孔的内壁相抵触，最终使得两个锥形体处于受力平衡状态，相对筒体静止，此时，定心轴位于工件深孔的轴线上，测量装置与工件深孔同轴，保证测量精度；
2)、所述定心轴伸出套筒的两端，两个测距传感器分别设置在定心轴的两端，通过测距传感器测出工件深孔当前截面当前角度的孔径尺寸量，并通过控制终端对测量数据记录进行记录、显示；
3)、通过控制终端启动第一电机，通过齿轮机构驱动定心轴旋转，每转过一定角度记录当前的孔径尺寸，从而完成整个截面的数据测量；
4)、当前截面的所有数据记录完成后，通过控制终端启动第二电机，第二电机驱动卷筒旋转缠绕柔性绳索，带动定心装置、测量记录装置沿工件深孔的轴线方向移动，进行下一个截面的参数测量。
2.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述测杆包括套杆(10)和测头(11)，测头(11)可拆卸式安装在套杆(10)远离锥形体(5)的一端。
3.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述控制终端(17)为计算机。
4.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述套筒(2)的端部设置有套筒盖(13)，且筒盖(13)与定心轴(6)紧密配合。
5.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述柔性绳索(21)的一端与定心轴(6)的一端连接，另一端通过定滑轮(16)缠绕在卷筒(19)上，定心轴(6)与柔性绳索(21)的C-D段共线。
6.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述测距传感器(7)为激光测距传感器。
7.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，所述锥形体(5)锥面上的滑槽的端部设置有限位块。
8.根据权利要求1所述的自定心深孔参数测量装置，其特征在于，至少一个锥形体(5)上开设有卡槽，且卡槽与锥形体(5)的轴线平行，套筒(2)上设置有销钉(4)，销钉(4)的一端活动式卡设在锥形体(5)的卡槽中。
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| 管道内径光电检测技术研究;苏丽梅等;《长春理工大学学报》;20050331;第28卷(第1期);第30-31页 * |
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