CN106441131B - 一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滑膛管内径测量系统，尤其是涉及一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构。通过该测头的定心机构完成在待测管内部的定心操作，然后利用光学测量机构，将带有小孔径滑膛长身管内径的信号传递给后续装置进行处理得到小孔径滑膛长身管的内径。本发明包括用于使测头机构几何中心与待测管截面中心重合的定心机构和用于安装光纤探头、进行相关距离测量的光学测量机构，其中所述定心机构圆柱面与光学测量机构圆环面套接。

Description

一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构
技术领域
本发明涉及一种滑膛管内径测量系统，尤其是涉及一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构。
背景技术
在滑膛炮炮管加工及研究材料高压物态方程的动高压加载实验等领域，如何对火炮、轻气炮炮管的内径进行精确测量是炮管加工和使用时最为关心的问题，精确测量炮管内径对控制弹丸飞行姿态、提高命中精度紧密相连。因此，滑膛炮管内径测量技术一直是军工生产单位、兵器研究部门和科研院所关心的热点。
目前，滑膛管内径测量设备按测量方式划分主要有两类：机械式测量设备和光学式测量设备。机械式测量设备为接触测量设备，以通止量规、内径千分尺、内径百分表为主，通止量规测量数据为定性数据，而内径千分尺和内径百分表的测量深度有限。基于三角技术和激光位移传感器的光学式内径测量设备是目前较为常见的滑膛管内径精密光学测量设备。这些测量设备均为非接触式测量设备，其测头内腔中需要紧凑安装大量长宽尺寸几乎都在数十毫米量级的光学组件，如激光器、准直透镜、CCD（或CMOS）和激光位移传感器等。由于其测径结果与准直透镜放置角度、透镜组间相互距离等参数关联，必须在安装后对这些参数进行精确的测量。因此，目前常见的光学式内径测量设备一般适用于测量内径大于Ф50.0 mm的滑膛管，在设计适于测量内径小于Ф50.0 mm的滑膛管时，需要有效利用内腔空间布置光学组件，测头设计的难度是非常大的。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构。通过该测头的定心机构完成在待测管内部的定心操作，然后利用光学测量机构，将带有小孔径滑膛长身管内径的信号传递给后续装置进行处理得到小孔径滑膛长身管的内径。
本发明采用的技术方案如下：
一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构包括定心机构，用于使测头机构几何中心与待测管截面中心重合；光学测量机构，用于安装光纤探头、进行相关距离测量的；所述定心机构圆柱面与光学测量机构圆环面套接；所述定心机构包括两组三点定位装置、机构主体、隔离板和后盖；所述机构主体是一端面为空、一端为一封闭的中空圆柱体；所述三点定位装置包括两组定心支脚、两个锥形滑块以及两个弹簧；所述每组定心支脚数量至少为3个；所述定心支脚底端为外径大于机构主体侧面通孔内径的半球体，半球体平面中心上设置圆柱体，所述圆柱体轴线与半球体轴线重合；圆柱体另一平面上设置直径与圆柱体直径相同的半球体，所述半球体轴线与圆柱体轴线重合；锥形滑块是锥体与圆柱体一端面重合的结构，其中锥形体与圆柱体底面轴线重合。
进一步的，所述光学测量机构包括探头安装座、光纤保护罩和光纤保护管；所述探头安装座为设置阶梯端面的中空圆柱体，所述中空圆柱体一端面为空，一端面封闭；探头安装座中封闭端面部分，沿探头安装座轴线设置保护光纤的凹槽；定心机构套接于探头安装座端面为空的部分；定心机构主体的封闭圆柱体直径与探头安装座端面为空部分的圆环面内径相等；光纤保护罩为一端面为空、一端封闭的中空圆柱体，所述光纤保护罩封闭端面上设置与探头安装座凹槽对应的通孔；光纤保护罩端面为空部分的直径与探头安装座封闭端直径相等；安装顺序为：光纤探头依次穿过光纤保护管、光纤保护罩通孔、探头安装座凹槽，然后固定于探头安装座上的探头安装孔内；探头安装座套接固定于光纤保护罩中；将光纤探头的外护套粘接至光纤保护管内壁，并将光纤保护管粘接至光纤保护罩的通孔上；定心机构上的封闭圆柱体与光学测量机构上端面为空的圆环面适配，用紧定螺钉将圆柱体螺纹孔和圆环面通孔固定连接，机械定心机构和光学测量机构合为一体，完成测头组装。
进一步的，所述光学测量机构中至少可安装5个光纤探头，并有与可安装探头数量相等的探头安装孔和光纤保护管。
一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构安装方法包括：第一组定心支脚从定心机构主体内部安装至定心机构主体侧面的通孔中，第一锥形滑块(12)的锥面与第一组定心支脚(16)底端半球体面贴合；第一锥形滑块底端面一侧放置第一弹簧(13)；第一弹簧另一侧放置挤压第一弹簧的隔离板(14)，隔离板(14)螺纹孔与机构主体(17)通孔对齐，用紧定螺丝将隔离板螺纹孔与机构主体通孔固定连接；然后依次放置第二弹簧(13)以及第二锥形滑块(12)，将第二组定心支脚(16)从机构主体(17)的内部安装至机构主体侧面的通孔内；第二锥形滑块(12)的锥面与第二组定心支脚(16) 底端半球体面贴合；最后拧紧后盖(11)，完成定心机构(9)的安装。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：该测头体积小、结构紧凑，可用于测量内径为Ф25.0-50.0 mm的滑膛长身管。由于该测头机构中利用光纤探头作为距离测量传感器，安装简单，可靠性高，适用于复杂工作环境中的测量，具有较高的适用性。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明测头机构的结构示意图一。
图2是本发明测头机构的结构示意图二。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
1、待测目标指的是小孔径滑膛长身管。
2、待测目标截面中心指的是与待测物轴线垂直的截面。
一、本发明安装过程：
将光纤探头依次穿过光纤保护管、光纤保护罩通孔、探头安装座凹槽，然后固定于探头安装座上的探头安装孔内，用502胶等树脂类胶水将光纤探头固定。探头安装座可套入光纤保护罩中，两者底部均有螺孔，用紧定螺钉可将两者固定。用502胶等树脂类胶水将光纤探头的光纤护套粘接至光纤保护管内壁，并接光纤保护管粘接至光纤保护罩的通孔上。定心机构上的对接螺孔所在圆柱与光学测量机构上的对接通孔所在圆环面适配，两者适配对接后，紧定螺丝通过对接通孔固定于对接螺孔中，可以将机械定心机构和光学测量机构合为一体，完成测头机构组装。
二、本发明组成：
包括定心机构和光学测量机构，如图1、2所示。所述定心机构包括两组三点定位装置、机构主体、隔离板和后盖；所述机构主体是一端面为空、一端为一封闭的中空圆柱体；所述三点定位装置包括两组定心支脚、两个锥形滑块以及两个弹簧；所述每组定心支脚数量至少为3个；所述定心支脚底端为外径大于机构主体侧面通孔内径的半球体，半球体平面中心上设置圆柱体，所述圆柱体轴线与半球体轴线重合；圆柱体另一平面上设置直径与圆柱体直径相同的半球体，所述半球体轴线与圆柱体轴线重合；锥形滑块是锥体与圆柱体一端面重合的结构，其中锥形体与圆柱体底面轴线重合；
由于定心支脚的底端半球体无法穿过机构主体侧面通孔，所以在定心支脚的活动过程中，所述底端半球体可以对定心支脚起到限位的作用；具体为：底端半球体的球面与第一锥形滑块的圆锥面相贴合，相互间产生方向相反的摩擦力。第一弹簧一端顶压在锥形滑块后方，另一端顶压在由紧定螺丝固定在机构主体中段的隔离板上。第一弹簧处于压缩状态，对第一锥形滑块施加向推力，该推力与第一组定心支脚半球体球面、第一锥形滑块圆锥面间摩擦力的水平分量处于平衡状态，而反作用于定心支脚的摩擦力垂直分量使第一组定心支脚延通孔轴线方向向外顶压。后盖将两组三点定心结构封闭于机构主体，后盖与机构主体由螺纹连接。
当拉动测头机构到达管内膛的待测截面时，定心机构的前后两组定心支脚顶端（顶压管内膛端）受到来自于管内膛的顶压力，延其轴线方向向测头内部收缩，此时支脚底端半球体的球面与锥形滑块的圆锥面相贴合，相互间产生方向相反的摩擦力。锥形滑块受到的摩擦力产生延测头轴线方向的分量，推动滑块压缩弹簧，使弹簧的回复力增大。当弹簧的回复力增大至与压缩力平衡时，3个定心支脚也达到受力平衡而停止收缩。由于一组三点定心结构的3个定心支脚的几何尺寸完全相同，当定心支脚顶压管内膛达到受力平衡时，3个定心支脚伸出测头主体的长度也是完全相等的，此时待测截面的轮廓中心可认为与3个定心支脚顶端定义的圆周中心，即与测头中心同心，完成定心过程。然后当装有光纤探头的光学测量机构进行测量时，利用频域干涉测距技术，将各探头前端面至待测截面距离测量出来，通过椭圆拟合法得到待测截面内径。其中所述光学测量机构中至少可安装5个光纤探头，至并有与可安装探头数量相等的探头安装孔和光纤保护管。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (2)

1.一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构，其特征在于包括：
定心机构，用于使测头机构几何中心与待测管截面中心重合；
光学测量机构，用于安装光纤探头、进行相关距离的测量；
所述定心机构圆柱面与光学测量机构圆环面套接；所述定心机构包括两组三点定位装置、机构主体、隔离板和后盖；所述机构主体是一端面为空、一端为一封闭的中空圆柱体；所述每组三点定位装置包括定心支脚、锥形滑块以及弹簧；每组定心支脚数量至少为3个；所述定心支脚底端为外径大于机构主体侧面通孔内径的半球体，半球体平面中心上设置圆柱体，所述圆柱体轴线与半球体轴线重合；圆柱体另一平面上设置直径与圆柱体直径相同的半球体，所述半球体轴线与圆柱体轴线重合；锥形滑块是锥体与圆柱体一端面重合的结构，其中锥形体与圆柱体底面轴线重合；所述光学测量机构包括探头安装座、光纤保护罩和光纤保护管；所述探头安装座为设置阶梯端面的中空圆柱体，所述中空圆柱体一端面为空，一端面封闭；探头安装座中封闭端面部分，沿探头安装座轴线设置保护光纤的凹槽；定心机构套接于探头安装座端面为空的部分；定心机构主体的封闭圆柱体直径与探头安装座端面为空部分的圆环面内径相等；光纤保护罩为一端面为空、一端封闭的中空圆柱体，所述光纤保护罩封闭端面上设置与探头安装座凹槽对应的通孔；光纤保护罩端面为空部分的直径与探头安装座封闭端直径相等；安装顺序为：光纤探头依次穿过光纤保护管、光纤保护罩通孔、探头安装座凹槽，然后固定于探头安装座上的探头安装孔内；探头安装座套接固定于光纤保护罩中；将光纤探头的外护套粘接至光纤保护管内壁，并将光纤保护管粘接至光纤保护罩的通孔上；定心机构上的封闭圆柱体与光学测量机构上端面为空的圆环面适配，用紧定螺钉将圆柱体螺纹孔和圆环面通孔固定连接，定心机构和光学测量机构合为一体，完成测头组装。
2.根据权利要求1所述的一种可测量小孔径滑膛长身管内径的测头机构，其特征在于所述光学测量机构中至少可安装5个光纤探头，并有与光纤探头数量相等的探头安装孔和光纤保护管。
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