CN105403179A - 超声深孔直线度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深孔直线度检测方法及装置，具体地说涉及一种超声深孔直线度检测方法及装置。该方法包括以下步骤：固定检测架，调零，测量深孔壁位置，截面圆圆心计算。该方法采用的装置包括检测架和检测部分，检测架包括磁力吸附装置和定位块，检测部分包括数字微分头和超声测厚仪。利用本发明排除了现有超声测量深孔直线度手段的原理性误差，大大提高了深孔直线度的测量精度。尤其对于壁厚不变而深孔弯曲的工件具有良好的鉴别力。超声测头可以随检测架沿着机床导轨移动，可以在全长范围内检测被测工件深孔直线度，检测架采用了磁力吸附的方式固定于导轨上，固定方便快速，且免去了一般检测装置使用螺栓螺母的拆卸过程，大大提高了检测效率。

Description

超声深孔直线度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种深孔直线度检测方法及装置，具体地说涉及一种超声深孔直线度检测方法及装置。

背景技术

深孔加工复杂且特殊，加工过程受诸如刀杆变形、系统颤振、工件材质、钻头参数、切削参数、油液压力、排屑困难等多方面因素的影响，深孔零件常出现轴线偏斜的现象，一旦偏斜到某种程度，深孔零件轴线的直线度误差将产生急剧变化，造成钻头损坏、工件报废、产品精度低、质量不合格等不良后果。

直线度检测贯穿于整个深孔加工过程中，是深孔领域控制产品质量的重要手段，也是深孔加工必须考虑的一项基本指标，对于孔类零件，通常所说的直线度是指零件实际轴线相对于理论轴线的偏差。

深孔轴线直线度的检测方法有测壁厚法、激光测量法、量规测量法、臂杆测量法、望远镜测量法等，这些方法或是没有考虑工件内外圆表面质量对测量结果的影响，或是受到孔径太小的限制而不能用于测量孔径过小的深孔工件。

现有的一些深孔直线度检测装置利用超声波测厚仪，仅通过测量被测工件深孔的孔壁厚度确定被测工件深孔的直线度，具有原理性误差，对检测结果造成了很大的影响。而且用该方法对壁厚不变，而深孔轴线弯曲的零件进行测量，很有可能将深孔轴线误判为直线。

发明内容

本发明的目的：本发明旨在克服上述现有技术的缺点，开发一种新的深孔直线度检测装置，并使直线度检测结果不受到测量原理的影响，尽最大可能减小深孔直线度检测误差。

本发明采用如下技术方式实现：本发明由检测部分和检测架构成，检测部分由超声测头、超声测厚仪和数字微分头构成，检测架包括带磁性开关的磁力吸附机构和定位块。检测架底部具有凹槽，可与机床导轨相配合并可沿导轨移动，顶部的两个定位块用于确定检测部分的位置和方向。检测部分靠紧定位块固定于检测架上，检测架支撑检测部分使超声测头轴线与机床主轴轴线位于同一水平面内，调节微分头手柄可以改变超声测头到机床主轴轴线的距离。

数字微分头的调零方法：首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘上夹紧，然后调节微分头手柄，使超声测头端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄使微分头测杆再伸出d/2长度，此时超声测头前端面与机床主轴重合，设置数字微分头读数为零。

检测架上具有可开关的磁力吸附机构，包括可旋转的永磁铁和一个磁性开关，磁性开关打开时，永磁铁的N极或者S极指向导轨，检测架对外磁力增大，可以固定于导轨上，当磁性开关关闭时，N极与S极距导轨距离相同，检测架对外不显磁性，可以在导轨上自由移动。

所述永磁铁应为长条形，且长径比应大于等于5，用以保证磁力开关分别在打开和关闭状态时，检测架对导轨产生的吸引力具有足够大的差别。且永磁铁两端为圆弧形，检测架内部有凸台，凸台上有圆弧形凹槽。在永磁铁N或S极指向导轨时，磁极可与检测架接触，从而对导轨产生更大的吸引力。

测量某一截面上孔壁位置时，以机床主轴轴线与该截面的交点作为坐标系原点，在水平和竖直方向建立平面直角坐标系，打开检测架磁性开关以固定检测架的位置，调节微分头手柄使超声测头与被测工件接触，数字微分头测量的是被测工件外壁到机床主轴轴线的距离OD，超声测厚仪测量的是被测工件壁厚CD，则在超声测头所测量的直线上，深孔壁到机床主轴的距离为：

OC＝OD-CD

用计算机记录下OD，CD，OC取得第一组数据，读数结束后调节微分头手柄使超声测头离开被测工件一定距离。

几何学上，任意不在同一直线上的三个点可以确定一个圆。也就是说，测出被测工件深孔壁上任意三个点的位置，就可以近似求得被测工件深孔壁的圆心位置。

使卡盘旋转几个角度，利用上述方法，通过测量和计算可以得到任意取在被测工件截面圆周上的A、B两点的位置坐标。也就可以确定一个圆心M。多次测量得到深孔壁截面上n个点的位置坐标，就可以利用这些点求得个圆心。然后，关闭检测架上的磁性开关沿导轨方向移动检测架，选取被测工件多个截面测量，得到一系列圆心的坐标，利用计算机取一个最小的圆柱，将这些圆心全部包围在内，这个圆柱的直径就是该深孔的直线度误差最大值。

圆心坐标的求法：

设点A坐标为(x₁，y₁)，B点(x₂，y₂)，C点(x₃，y₃)，所求圆半径为r，圆心M坐标为(x₀，y₀)根据圆心到圆上点距离相等可得出方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{\left(x_0-x_1\right)}^2+{\left(y_0-y_1\right)}^2=r^2\\ {\left(x_0-x_2\right)}^2+{\left(y_0-y_2\right)}^2=r^2\\ {\left(x_0-x_3\right)}^2+{\left(y_0-y_3\right)}^2=r^2\end{array}\right.$

联立消元，得到二元一次方程组：

x₁ ²+y₁ ²-2x₀x₁-2y₀y₁＝x₂ ²+y₂ ²-2x₀x₂-2y₀y₂＝x₃ ²+y₃ ²-2x₀x₃-2y₀y₃

代入A、B、C三点坐标即可求得由A、B、C三点所确定的圆的圆心的坐标。

总之，本发明具有以下特征：

1.超声深孔直线度检测方法包括以下步骤：

a：检测架10连同检测部分放置于机床导轨1上；

b：调零，首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘11上夹紧，然后调节微分头手柄5，使超声测头7端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄5使微分头测杆3再伸出d/2长度，此时超声测头7前端面与机床主轴轴线重合，设置数字微分头4读数为零；

c：打开检测架10上的磁性开关9，使检测架10固定在导轨1上，将被测工件8在机床的卡盘11上夹紧；

d：调节微分头手柄5使超声测头7与被测工件8接触，用计算机记录下数字微分头4与超声测厚仪2的数值取得第一组数据，则所测量深孔壁上的点距原点的距离为数字微分头4的读数减去超声测厚仪2的读数，读数结束后调节微分头手柄5使超声测头7离开被测工件8一定距离；

e：使卡盘旋转几个角度，多次测量得到深孔壁截面上n个点的位置坐标，利用这些点求得个圆心，然后，关闭检测架10上的磁性开关9，沿导轨1方向移动检测架10，选取被测工件8多个截面进行测量，得到一系列圆心的坐标，利用计算机求一个最小的圆柱，将这些圆心全部包围在内，最小的圆柱的直径为该深孔的直线度误差。

2.超声深孔直线度检测方法所采用的装置，其特征在于：检测架10底部凹槽与导轨1相配合，上部有定位块6，数字微分头4靠紧定位块6固定于检测架10上，微分头测杆3连接超声测头7，超声测头7与超声测厚仪2相连，检测部分由超声测头7、超声测厚仪2和数字微分头4构成，被测工件8夹紧于机床卡盘11上，调节微分头手柄5可使超声测头7靠近或远离被测工件8；检测架10有空腔，内有可开关的磁力吸附机构，其中可旋转的永磁铁13与磁性开关9相连，当打开磁性开关9时，永磁铁13的N极或者S极指向导轨，检测架10被吸附于导轨1上，当关闭磁性开关9时，N极与S极距导轨1距离相同，与检测架10不接触，检测架10对外磁性减弱，可以在导轨1上移动；永磁铁13为长条形，长径比大于5，当磁性开关9打开时，检测架10对导轨1的吸引力远大于磁性开关9关闭时检测架10对导轨1的吸引力；永磁铁13两端为圆弧形，检测架10内部有凸台，凸台上有圆弧形凹槽，在永磁铁13N或S极指向导轨1时，磁极可与检测架10凸台凹槽接触。

3.超声深孔直线度检测方法所采用的装置，其特征在于：所述检测架10空腔截面为长方形，长宽比应大于等于2。

4.超声深孔直线度检测方法所采用的装置，其特征在于：所述检测架10空腔截面为椭圆形，长轴和短轴长度之比大于等于2。

本发明的有益效果：本发明以机床导轨以及主轴轴线为基准测量被测工件深孔，排除了现有超声测量深孔直线度手段的原理性误差，大大提高了深孔直线度的测量精度。尤其对于壁厚不变而深孔弯曲的工件具有良好的鉴别力。超声测头可以随检测架沿着机床导轨移动，可以在全长范围内检测被测工件深孔直线度，检测架采用了磁力吸附的方式固定于导轨上，固定方便快速，且免去了一般检测装置使用螺栓螺母的拆卸过程，大大提高了检测效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图俯视图，

图2是本发明结构示意图剖视图，

图3是测量时坐标系建立示意图，

图4是磁性开关打开时磁力吸附机构结构示意图，

图5是磁性开关关闭时磁力吸附机构结构示意图，

图中：1-导轨，2-超声测厚仪，3-微分头测杆，4-数字微分头，5-微分头手柄，6-定位块，7-超声测头，8-被测工件，9-磁性开关，10-检测架，11-卡盘，12-主轴箱，13-永磁铁。

具体实施方式

结合附图对本发明的实施方式作进一步描述，本实施方式是用来说明本发明的，而不是对本发明做任何限制。

实施方式1：

超声深孔直线度检测方法，该方法步骤e中，三次测量得到深孔壁截面上3个点的位置坐标，其余步骤内容如前文所述。

实施方式2：

超声深孔直线度检测方法，该方法步骤e中，测量得到深孔壁截面上4或5或6或7个点的位置坐标，其余步骤内容如前文所述。

实施方式3：

超声深孔直线度检测方法采用的装置，所述检测架空腔为长方形。其余零部件如前文所述。

实施方式4：

超声深孔直线度检测方法采用的装置，所述检测架空腔为椭圆形。其余零部件如前文所述。

Claims (4)

1.超声深孔直线度检测方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a：检测架(10)连同检测部分放置于机床导轨(1)上；

b：调零，首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘(11)上夹紧，然后调节微分头手柄(5)，使超声测头(7)端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄(5)使微分头测杆(3)再伸出d/2长度，此时超声测头(7)前端面与机床主轴轴线重合，设置数字微分头(4)读数为零；

c：打开检测架(10)上的磁性开关(9)，使检测架(10)固定在导轨(1)上，将被测工件(8)在机床的卡盘(11)上夹紧；

d：调节微分头手柄(5)使超声测头(7)与被测工件(8)接触，用计算机记录下数字微分头(4)与超声测厚仪(2)的数值取得第一组数据，则所测量深孔壁上的点距原点的距离为数字微分头(4)的读数减去超声测厚仪(2)的读数，读数结束后调节微分头手柄(5)使超声测头(7)离开被测工件(8)一定距离；

e：使卡盘旋转几个角度，多次测量得到深孔壁截面上n个点的位置坐标，利用这些点求得个圆心，然后，关闭检测架(10)上的磁性开关(9)，沿导轨(1)方向移动检测架(10)，选取被测工件(8)多个截面进行测量，得到一系列圆心的坐标，利用计算机求一个最小的圆柱，将这些圆心全部包围在内，最小的圆柱的直径为该深孔的直线度误差。

2.超声深孔直线度检测方法采用的装置，其特征在于：检测架(10)底部凹槽与导轨(1)相配合，上部有定位块(6)，数字微分头(4)靠紧定位块(6)固定于检测架(10)上，微分头测杆(3)连接超声测头(7)，超声测头(7)与超声测厚仪(2)相连，检测部分由超声测头(7)、超声测厚仪(2)和数字微分头(4)构成，被测工件(8)夹紧于机床卡盘(11)上，调节微分头手柄(5)可使超声测头(7)靠近或远离被测工件(8)；检测架(10)有空腔，内有可开关的磁力吸附机构，其中可旋转的永磁铁(13)与磁性开关(9)相连，当打开磁性开关(9)时，永磁铁(13)的N极或者S极指向导轨，检测架(10)被吸附于导轨(1)上，当关闭磁性开关(9)时，N极与S极距导轨(1)距离相同，与检测架(10)不接触，检测架(10)对外磁性减弱，可以在导轨(1)上移动；永磁铁(13)为长条形，长径比大于5，当磁性开关(9)打开时，检测架(10)对导轨(1)的吸引力远大于磁性开关(9)关闭时检测架(10)对导轨(1)的吸引力；永磁铁(13)两端为圆弧形，检测架(10)内部有凸台，凸台上有圆弧形凹槽，在永磁铁(13)N或S极指向导轨(1)时，磁极可与检测架(10)凸台凹槽接触。

3.根据权利要求2所述的超声深孔直线度检测方法采用的装置，其特征在于：所述检测架(10)空腔截面为长方形，长宽比应大于等于2。

4.根据权利要求2所述的超声深孔直线度检测方法采用的装置，其特征在于：所述检测架(10)空腔截面为椭圆形，长轴和短轴长度之比大于等于2。