CN107084685A - 内孔圆柱度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内孔圆柱度检测装置及其检测方法，内孔圆柱度检测装置包括检测平台、检测杆、位移检测器件、孔心检测器件、定位系统以及工控系统，检测平台用于支撑待检测零件，定位系统用于对一端伸入内孔的检测杆进行定位，检测杆用于伸入内孔的一端，位移检测器件用于检测检测杆在内孔径向方向上的径向位移，孔心检测器件设置在检测杆内并用于检测内孔不同位置的孔心位置，工控系统用于控制定位系统以改变检测杆伸入内孔的位置并根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度。与现有技术相比，本发明内孔圆柱度检测装置及其检测方法易于实现，调整方便，尤其能够满足直径不大于20mm的不连续间歇内孔高精度测量，具有较高的可实施性。

Description

内孔圆柱度检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及工程检测技术领域，尤其涉及一种内孔圆柱度检测装置及其检测方法。

背景技术

直径小于20mm、不连续的间歇内孔是机械行业应用较为广泛的形面之一，诸如负载敏感多路阀阀体阀芯孔、飞机铰链件孔等。该类孔的加工质量直接影响着机械产品使用性能，急需生产线上全检。但是，该类孔尺寸小、加工精度高，如阀芯孔直径公差小于0.003mm、圆柱度小于0.003mm，检测难度极大。目前，主要采用气动量仪与圆柱度仪进行抽检，甚至不检测，严重地限制了产品质量提升。随着技术进步，近年来，机械行业开始逐步探索间歇小孔直径、圆柱度等制造精度的复合检测途径，实现生产线上全检，推动智能制造进程。

目前，关于间歇小孔直径、圆柱度检测的公开报道与文献较少。国外在这方面的研究成果基本处于保密状态。国内一些企业在间歇小孔检测方面展开了实验研究，取得了一些研究成果，主要包括以下几个专利：

现有技术CN103557802B公开了一种非接触测量空间曲面微小孔直径和坐标位置的方法，其将远心光学镜头与五轴坐标测量机复合设计及应用，测量叶片叶身空间曲面微小孔直径和坐标位置。应用五轴光学复合坐标测量机的接触式探头建立空间曲面微小孔直径和坐标位置工件的测量基准，应用二维转台按照空间曲面微小孔轴线方向确定空间姿态，应用远心光学镜头提取空间曲面微小孔图像。通过分析该方法的不足之处在于：(1)采用五轴坐标测量机改造，设备成本高，且不适合实际生产现场应用，仅能实现抽检；(2)采用图像测量原理评价孔的几何精度，误差较大，不适合本申请中高精度孔检测。

现有技术CN201885660U公开了一种检测小孔直径的量具，其将直径大于待测孔直径的钢球置于孔端部，采用三角形方法，近似计算待测孔直径。其不足之处在于：(1)设备测量不利于自动化，不适合实际生产现场；(2)测量原理决定了检测结果误差较大，无法满足本申请中高精度孔检测。

现有技术CN103063111B公开了一种用百分表测量小孔直径的方法，其将百分表与锥度测量心棒连接制成小孔测量装置，锥度测量心棒作为百分表的测量杆；安装好测量心棒，使用校对规校对百分表测量原点，然后对工件内径进行测量。其不足之处在于：(1)需要心棒伸入孔内进行测量，容易划伤孔壁；(2)测量过程随机误差较大，测量不准确。

现有技术CN204027534U公开了一种内孔圆柱度检测装置，该检测装置包括气动测量机构、上限校准环规、下限校准环规和放置架。其中，气动测量机构包括气动测头、限位环、手柄和三个气嘴，气动测头连接限位环，在限位环上设置手柄，三个气嘴分别安装在限位环的表面，三个气嘴一端分别连接到气动测头内部有三组检测气孔，三个气嘴另一端则连接外部气源和三个气动量仪，上限校准环规、下限校准环规和测量机构分别通过三个位置孔放置在放置架上。其不足之处在于：一个测头内布置三组检测气孔，检测范围较小，不适合细长间歇小孔圆柱度检测。

因此，有必要设计一种结构简单、易于实现，调整方便、满足间歇小孔高精度测量的内孔圆柱度检测装置。

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种内孔圆柱度检测装置及其检测方法，能够方便准确地检测待检测零件的内孔圆柱度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种内孔圆柱度检测装置，用于检测待检测零件的内孔的圆柱度，其包括检测平台、检测杆、位移检测器件、孔心检测器件、定位系统以及工控系统，检测平台用于支撑待检测零件，定位系统用于对一端伸入内孔的检测杆进行定位，检测杆用于伸入内孔的一端，位移检测器件用于检测检测杆在内孔径向方向上的径向位移，孔心检测器件设置在检测杆内并用于检测内孔不同位置的孔心位置，工控系统用于控制定位系统以改变检测杆伸入内孔的位置并根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度。

进一步地，位移检测器件包括设置在检测杆伸入内孔一端上的激光接收器以及设置在检测平台上的激光发射器，激光接收器用于接收激光发射器发射并穿过内孔的激光，以获得检测杆在内孔径向方向上的径向位移，孔心检测器件包括光谱共焦传感器，光谱共焦传感器用于检测内孔的孔壁以获得内孔不同位置的孔心位置。

进一步地，光谱共焦传感器为多个且在检测杆的周向上呈均匀布置。

进一步地，光谱共焦传感器为3个或4个。

进一步地，光谱共焦传感器设置在靠近激光接收器的位置。

进一步地，还包括回转机构，用于使检测杆在内孔内相对于待检测零件发生相对转动。

进一步地，回转机构包括设置在检测平台上的回转台，用于支承待检测零件并驱动待检测零件相对于检测杆发生相对转动。

进一步地，回转台的回转轴线与激光发射器发射的激光光线重合。

进一步地，光谱共焦传感器还用于检测内孔的孔壁以获得内孔不同位置的直径。

尤其地，内孔的直径≤20mm。

进一步地，激光接收器还能够用于接收激光发射器发射并穿过内孔的激光以获得检测杆在内孔的延伸方向的孔向位移。

进一步地，定位系统包括立柱、横梁、竖向滑座以及横向滑座，立柱竖向设置在检测平台上，横梁通过竖向滑座横向设置在立柱上，检测杆通过横向滑座设置在横梁上，工控系统通过竖向滑座和横向滑座分别控制检测杆的竖向移动和横向移动。

本发明还相应地提供了一种上述内孔圆柱度检测装置的检测方法，其包括：

利用位移检测器件检测检测杆在内孔径向方向上的径向位移；

利用孔心检测器件检测内孔不同位置的孔心位置，根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度。

由此，基于上述技术方案，本发明提供的内孔圆柱度检测装置及其检测方法利用在检测平台上设置检测杆，通过检测杆伸入待检测零件的内孔的一端并利用位移检测器件和孔心检测器件分别检测检测杆在内孔径向方向上的径向位移和内孔不同位置的孔心位置，工控系统根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度，与现有技术相比，本发明内孔圆柱度检测装置及其检测方法易于实现，调整方便，尤其能够满足直径不大于20mm的不连续间歇内孔高精度测量，具有较高的可实施性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明内孔圆柱度检测装置实施例的整体结构示意图；

图2为本发明内孔圆柱度检测装置中检测杆的局部结构示意图；

图3为本发明内孔圆柱度检测装置中检测杆伸入内孔的端部结构示意图；

图4为图2中A-A位置处的剖视结构示意图。

各附图标记分别代表：

1、检测平台；2、回转台；3、激光发射器；4、待检测零件；5、检测杆；6、横梁；7、横向滑座；8、电缆线；9、竖向滑座；10、工控机；11、立柱；12、激光接收器；13、光谱共焦传感器。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的具体实施方式是为了便于对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本发明的限定。此外，下面所述的本发明的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，在本发明内孔圆柱度检测装置一个示意性的实施例中，内孔圆柱度检测装置用于检测待检测零件4的内孔的圆柱度，其包括检测平台1、检测杆5、位移检测器件、孔心检测器件、定位系统以及工控系统，检测平台1用于支撑待检测零件4，具有隔振与调平功能；定位系统用于对一端伸入内孔的检测杆5进行定位，检测杆5用于伸入内孔的一端，位移检测器件用于检测检测杆5在内孔径向方向上的径向位移，孔心检测器件设置在检测杆5内并用于检测内孔不同位置的孔心位置，工控系统用于控制定位系统以改变检测杆5伸入内孔的位置并根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度。

在该示意性的实施例中，内孔圆柱度检测装置利用在检测平台1上设置检测杆5，通过检测杆5伸入待检测零件4的内孔的一端并利用位移检测器件和孔心检测器件分别检测检测杆5在内孔径向方向上的径向位移和内孔不同位置的孔心位置，径向位移能够表征检测杆5相对于检测平台1在内孔径向方向上位置变化，而孔心位置能够表征内孔孔心相对于检测杆5的位置，这样工控系统根据通过结合径向位移和孔心位置两个参数即可获得内孔孔心相对于检测平台1的位置变化，继而获得内孔的圆柱度，与现有技术相比，本发明内孔圆柱度检测装置及其检测方法易于实现，调整方便，尤其能够满足直径不大于20mm的不连续间歇内孔高精度测量，具有较高的可实施性。

上述示意性的实施例只是为了说明本发明的发明构思，在一个优选的实施例中，结合图1～图4所示，位移检测器件包括设置在检测杆5伸入内孔一端上的激光接收器12以及设置在检测平台1上的激光发射器3，激光接收器12用于接收激光发射器3发射并穿过内孔的激光，以获得检测杆5在内孔径向方向上的径向位移，孔心检测器件包括光谱共焦传感器13，光谱共焦传感器13用于检测内孔的孔壁以获得内孔不同位置的孔心位置。主要由激光接收器12和激光发射器3组成的位移检测器件能够精确地检测检测杆5在内孔径向方向上的径向位移且易于获取，可实施性较高。主要由光谱共焦传感器13组成的孔心检测器件也能够准确地检测内孔不同位置的孔心位置且属于市售器件，易于获取，具有较高的可实施性。

光谱共焦传感器13可以是一个，此时需要设置回转机构来使检测杆5在内孔内相对于待检测零件4发生相对转动来获得内孔不同位置的孔心位置。当然也可以优选地为多个且在检测杆5的周向上呈均匀布置，例如3个或者更多个，在检测杆5的周向上呈均匀布置的多个光谱共焦传感器13可以在各方向获得其对应的孔壁信息，无需检测杆5在内孔内相对于待检测零件4发生相对转动即可实现对内孔不同位置的孔心位置检测。尤其地，光谱共焦传感器13优选地为如图4所示的4个，这样可以在各相邻的两个垂直方向上对孔壁信息进行检测，实践表明具有非常好的检测效果，可靠稳定。其中，优选地，光谱共焦传感器13设置在靠近激光接收器12的位置，这样有利于确保圆柱度的准确性，减小误差。

上述实施例里中已提到过，光谱共焦传感器13为一个时需要设置回转机构，当然，光谱共焦传感器13为多个时也可以设置回转机构，用于使检测杆5在内孔内相对于待检测零件4发生相对转动。回转机构的设置可以使得多个光谱共焦传感器13中的一个发生故障时可以通过回转机构来使得检测杆5在内孔内相对于待检测零件4发生相对转动来实现对内孔不同位置的孔心位置检测，确保检测可靠性。

检测杆5在内孔内相对于待检测零件4发生相对转动可以通过使检测杆5相对于检测平台1转动来实现，也可以优选地以如图1所示结构形式来实现，如图1所示，回转机构包括设置在检测平台1上的回转台2，用于支承待检测零件4并驱动待检测零件4相对于检测杆5发生相对转动，通过在检测平台1上设置回转台2来实现回转易于实施且具有较高的回转稳定性。进一步地，回转台2的回转轴线与激光发射器3发射的激光光线重合，这样有利于提高内孔的圆柱度的检测精确度。

在上述实施例中，光谱共焦传感器13还能够用于检测内孔的孔壁以获得内孔不同位置的直径，也就是说本发明不仅能够检测内孔的圆柱度，还可以检测内孔的直径，提高其适用范围。同理地，激光接收器12还能够用于接收激光发射器3发射并穿过内孔的激光以获得检测杆5在内孔的延伸方向的孔向位移，从而使得工控系统准确地对检测杆5伸入内孔的位置进行准确定位，具有较高的可实施性。

在本发明内孔圆柱度检测装置一个优选的或具体的实施例中，定位系统包括立柱11、横梁6、竖向滑座9以及横向滑座7，立柱11竖向设置在检测平台1上，横梁6通过竖向滑座9横向设置在立柱11上，检测杆5通过横向滑座7设置在横梁6上，工控系统通过控制竖向滑座9和横向滑座7分别控制检测杆5的竖向移动和横向移动，利用简单的结构对检测杆5进行移动定位，工控系统具体地包括工控机10和电缆线8，检测杆5、竖向滑座9以及横向滑座7通过电缆线8与工控机10进行信息通信。

下面以图1所示的实施例为例来说明本发明内孔圆柱度检测装置的工作过程如下：

在检测前，将待检测零件4定位、装夹在回转台2上。根据待检测零件4的外观尺寸，调整横向滑座7和竖向滑座9，使得检测杆5前端置于内孔上部，确保激光发射器3发出的激光照射在激光接收器12(优选地为PSD激光接收器)上、光谱共焦传感器13检测到孔壁信息。

在检测过程中，在工控机10控制竖向滑座9沿着立柱11上的导轨滑动并定位，驱动检测杆5定位在内孔轴向的若干位置；在每个检测位置，工控机10分别与激光接收器12和光谱共焦传感器13通信，采集各个检测位置的径向位移和孔心位置的数据；工控机10采用数据处理软件计算内孔的直径与圆柱度；基于计算数据，进行统计过程控制，并将数据传输给MES系统。

实践表明：本发明内孔圆柱度检测装置具有如下优点：

(1)结构简单、易于实现；

(2)光谱共焦传感器最小直径可达￠4mm，分辨率可达0.3μm，适合小孔高精测量；

(3)光谱共焦传感器与PSD激光接收器配合使用，易于实现高精度测量；

(4)覆盖被测孔径范围为￠5mm～￠20mm，可实现连续孔、间歇孔、短孔等孔检测，适用范围广；

(5)一次检测操作，同时获得直径与圆柱度两个关键指标，节约检测设备与检测成本；

(6)能够实现统计过程控制、监控间歇小孔加工质量；

(7)与MES系统互联通信，为间歇小孔智能制造奠定技术基础。

本发明相应地还提供了一种上述内孔圆柱度检测装置的检测方法，包括：

利用位移检测器件检测检测杆5在内孔径向方向上的径向位移；

利用孔心检测器件检测内孔不同位置的孔心位置，根据径向位移和孔心位置获得内孔的圆柱度。

由于本发明内孔圆柱度检测装置能够方便准确地检测待检测零件的内孔圆柱度，相应地，其检测方法也具有上述的有益技术效果，在此不再赘述。

以上结合的实施例对于本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种内孔圆柱度检测装置，用于检测待检测零件(4)的内孔的圆柱度，其特征在于，包括检测平台(1)、检测杆(5)、位移检测器件、孔心检测器件、定位系统以及工控系统，所述检测平台(1)用于支撑所述待检测零件(4)，所述定位系统用于对一端伸入所述内孔的所述检测杆(5)进行定位，所述检测杆(5)用于伸入所述内孔的一端，所述位移检测器件用于检测所述检测杆(5)在所述内孔径向方向上的径向位移，所述孔心检测器件设置在所述检测杆(5)内并用于检测所述内孔不同位置的孔心位置，所述工控系统用于控制所述定位系统以改变所述检测杆(5)伸入所述内孔的位置并根据所述径向位移和所述孔心位置获得所述内孔的圆柱度。

2.根据权利要求1所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述位移检测器件包括设置在所述检测杆(5)伸入所述内孔一端上的激光接收器(12)以及设置在所述检测平台(1)上的激光发射器(3)，所述激光接收器(12)用于接收所述激光发射器(3)发射并穿过所述内孔的激光，以获得所述检测杆(5)在所述内孔径向方向上的径向位移，所述孔心检测器件包括光谱共焦传感器(13)，所述光谱共焦传感器(13)用于检测所述内孔的孔壁以获得所述内孔不同位置的孔心位置。

3.根据权利要求2所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述光谱共焦传感器(13)为多个且在所述检测杆(5)的周向上呈均匀布置。

4.根据权利要求3所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述光谱共焦传感器(13)为3个或4个。

5.根据权利要求2所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述光谱共焦传感器(13)设置在靠近所述激光接收器(12)的位置。

6.根据权利要求2所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，还包括回转机构，用于使所述检测杆(5)在所述内孔内相对于所述待检测零件(4)发生相对转动。

7.根据权利要求6所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述回转机构包括设置在所述检测平台(1)上的回转台(2)，用于支承所述待检测零件(4)并驱动所述待检测零件(4)相对于所述检测杆(5)发生相对转动。

8.根据权利要求7所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述回转台(2)的回转轴线与所述激光发射器(3)发射的激光光线重合。

9.根据权利要求2所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述所述光谱共焦传感器(13)还用于检测所述内孔的孔壁以获得所述内孔不同位置的直径。

10.根据权利要求2所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述激光接收器(12)还能够用于接收所述激光发射器(3)发射并穿过所述内孔的激光以获得所述检测杆(5)在所述内孔的延伸方向的孔向位移。

11.根据权利要求1～9任一项所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述定位系统包括立柱(11)、横梁(6)、竖向滑座(9)以及横向滑座(7)，所述立柱(11)竖向设置在所述检测平台(1)上，所述横梁(6)通过所述竖向滑座(9)横向设置在所述立柱(11)上，所述检测杆(5)通过所述横向滑座(7)设置在所述横梁(6)上，所述工控系统通过所述竖向滑座(9)和所述横向滑座(7)分别控制所述检测杆(5)的竖向移动和横向移动。

12.根据权利要求1～9任一项所述的内孔圆柱度检测装置，其特征在于，所述内孔的直径≤20mm。

13.一种权利要求1所述的内孔圆柱度检测装置的检测方法，其特征在于，包括：

利用所述位移检测器件检测所述检测杆(5)在所述内孔径向方向上的径向位移；

利用所述孔心检测器件检测所述内孔不同位置的孔心位置，根据所述径向位移和所述孔心位置获得所述内孔的圆柱度。