CN107843214A - 一种细长孔几何参数测量装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电检测技术领域，尤其是涉及一种细长孔几何参数测量装置以及方法。该测量装置包括定位机构、行走机构和测量机构；所述定位机构用于使待测工件进行自动定心；所述测量机构包括：自动定心测头、韧性测杆、激光器、气动传感器和CCD处理器；所述激光器的光纤穿设于所述韧性测杆的内部通道与所述激光瞄准器连接，所述激光瞄准器与所述CCD处理器信号连接；所述气动传感器的气源通过所述韧性测杆的进气孔与所述气动定心测头连通；所述行走机构用于携带韧性测杆进行移动并使其第二端的自动定心测头移动至待测工件的细长孔入口处。本发明可以方便地实现细长孔轴线直线度及圆度检测工作,不受测杆的刚度和长度的限制。

Description

一种细长孔几何参数测量装置以及方法
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，尤其是涉及一种细长孔几何参数测量装置以及方法，具体涉及一种用于细长孔轴线直线度及圆度的测量装置以及方法。
背景技术
细长孔轴线直线度及圆度检测是细长孔类零件加工过程中的一个重要组成部分，对细长孔零件进行质量控制和管理的重要手段，是贯彻质量标准的技术保证。细长孔轴线直线度和圆度测量对于工业生产及产品的合理使用有着极其重要的意义，尤其是对于航空航天和武器工业，轴线直线度和内孔圆度是非常重要的指标，它直接影响细长孔类零件的使用性能和武器精度。
目前，国内外内孔轴线直线度测量采用较多的方法有：激光准直法、杠杆法等。但测杆的刚度受到直径和长度的限制,对于细长孔，此法很难实现。圆柱度测量采用较多的方法有：两点法、三点法、三坐标测量法等，但测杆的刚度受到直径和长度的限制,对于细长孔，根本无法伸入获取孔壁坐标和圆度。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细长孔几何参数测量装置以及方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种细长孔几何参数测量装置，其包括：定位机构、行走机构和测量机构；
所述定位机构用于使待测工件的位置进行自动定心；
所述测量机构包括：自动定心测头、韧性测杆、激光器、气动传感器和CCD处理器；所述韧性测杆沿其轴向设置有内部通道，且在所述韧性测杆的第一端设置有进气孔，在所述韧性测杆的第二端设置有自动定心测头，所述自动定心测头包括：气动定心测头和激光瞄准器；所述激光器设置于所述行走机构上，且所述激光器的光纤穿设于所述韧性测杆的内部通道与所述激光瞄准器连接，所述激光瞄准器与所述CCD处理器信号连接；所述气动传感器的气源通过所述韧性测杆的进气孔与所述气动定心测头连通；
所述行走机构用于携带韧性测杆进行移动并使其第二端的自动定心测头移动至待测工件的细长孔入口处。
作为一种进一步的技术方案，所述定位机构包括：工作台、定位座和滑动座；所述行走机构设置于所述工作台的第一端，所述滑动座设置于所述工作台的第二端，所述工作台设置于所述工作台的中间段，所述CCD处理器设置于所述滑动座上，所述定位座与滑动座用于定位待测工件。
作为一种进一步的技术方案，所述定位座上设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构设置有一个旋转轮，在所述定位座上并排设置有两个定位轮，所述旋转轮设置于两个定位轮的上方，在所述两个定位轮与一个旋转轮之间形成用于固定待测工件的定位空间。
作为一种进一步的技术方案，所述滑动座上设置有两个定位轮，两个所述定位轮形成用于固定待测工件的支撑空间。
作为一种进一步的技术方案，所述行走机构包括：水平移动装置和升降移动装置，所述升降移动装置与所述韧性测杆的第一端连接，用于带动韧性测杆进行升降移动；所述水平移动装置设置在所述工作台，用于带动韧性测杆进行水平移动。
作为一种进一步的技术方案，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置。
作为一种进一步的技术方案，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有两组通孔。
第二方面，本发明还提供一种根据所述的细长孔几何参数测量装置的方法，其包括如下步骤：
通过定位机构实现待测工件的自动定心；
通过行走机构使韧性测杆进行移动并使其第二端的自动定心测头移动至待测工件的细长孔入口处；
通过行走机构驱动自动定心测头在细长孔内进行移动，同时控制待测工件进行旋转，此时通过激光瞄准器发出的光会在CCD处理器上形成光点，与此同时记录气动传感器的数据、CCD处理器的光点坐标；
通过数据处理软件对记录的气动传感器的数据进行最小二乘以获得每个截面的圆度误差；对CCD处理器获得的光点坐标进行最小二乘拟合以获得内孔直线度误差。
作为一种进一步的技术方案，所述通过定位机构实现待测工件的自动定心包括如下步骤：
其中，所述定位机构包括：工作台、定位座和滑动座；
将所述行走机构设置于所述工作台的第一端，将所述滑动座设置于所述工作台的第二端，将所述工作台设置于所述工作台的中间段，在所述定位座上设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构设置有一个旋转轮，在所述定位座上并排设置有两个定位轮，在所述两个定位轮与一个旋转轮之间形成用于固定待测工件的定位空间，在所述滑动座上设置有两个定位轮，两个所述定位轮形成用于固定待测工件的支撑空间，而且，弹性压紧机构能带动旋转轮以对待测工件进行压紧动作，同时，旋转轮也能驱动待测工件进行旋转。
作为一种进一步的技术方案，所述通过行走机构驱动自动定心测头在细长孔内进行移动，同时控制待测工件进行旋转包括如下步骤：
其中，在所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置，从而在气动定心测头的外围形成气态圆柱体，以保持自动定心测头在细长孔内沿轴线进行行走。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1)本发明通过行走机构和自动定心测头避免了对测杆刚性的要求，实现了细长孔几何参数的测量，为细长孔的精密测量提供了有效的技术手段；
2)本发明采用的自动定心测头结合激光自准直原理实现内截面圆的连续扫面，有效减少了误差来源，提高了测量精度；
3)本发明采用的气动定心测头复合光纤传导实现测头体积更小，可以同时测量细长小径内径的直线度及圆度误差；
4)本发明操作简便、易用性好，利用处理器协同处理数据，实现了测量的自动化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的细长孔几何参数测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的细长孔几何参数测量装置的侧视图；
图3为图2所示I的局部放大示意图；
图4为图2所示II的局部放大示意图；
图5为图2所示III的局部放大示意图。
图标：1、支柱，2、工作台，3、X向螺旋驱动机构，4、Z向螺旋驱动机构，5、Z向立柱，6、Z向螺旋副，7、Z向导轨，8、X向螺旋副，9、X向导轨，10、韧性测杆，11、定位座，12、自动定心测头，13、弹性压紧机构，14、旋转轮，15、定位轮，16、待测工件，17、定位轮，18、CCD处理器，19、滑动座，20、激光器，21、光纤，22、激光瞄准器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
结合图1至图5所示，本实施例提供一种细长孔几何参数测量装置，其包括：定位机构、行走机构和测量机构；所述定位机构用于使待测工件16的位置进行自动定心；所述测量机构包括：自动定心测头12、韧性测杆10、激光器20、气动传感器和CCD处理器18；所述韧性测杆10沿其轴向设置有内部通道，且在所述韧性测杆10的第一端设置有进气孔，在所述韧性测杆10的第二端设置有自动定心测头12，所述自动定心测头12包括：气动定心测头和激光瞄准器22；所述激光器20设置于所述行走机构上，且所述激光器20的光纤21穿设于所述韧性测杆10的内部通道与所述激光瞄准器22连接，所述激光瞄准器22与所述CCD处理器18信号连接；所述气动传感器的气源通过所述韧性测杆10的进气孔与所述气动定心测头连通；所述行走机构用于携带韧性测杆10进行移动并使其第二端的自动定心测头12移动至待测工件16的细长孔入口处。本实施例中对于行走机构和定位机构的具体形式并不局限，可根据实际需要灵活设置。
可见，本实施例提供的细长孔几何参数测量装置可以方便地实现细长孔轴线直线度及圆度检测工作,不受测杆的刚度和长度的限制。
本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述定位机构包括：工作台2、定位座11和滑动座19；所述行走机构设置于所述工作台2的第一端，所述滑动座19设置于所述工作台2的第二端，所述工作台2设置于所述工作台2的中间段。当然，对于工作台2而言，还可以在底部设置有支柱1进行支撑。所述CCD处理器18设置于所述滑动座19上，所述定位座11与滑动座19用于定位待测工件16，当然，滑动座19可以在工作台2上进行滑动。对应的可以在工作台2上设置导轨或者导杆等等。而且，通过激光瞄准器22发出的光会在CCD处理器18上形成光点，与此同时记录气动传感器的数据、CCD处理器18的光点坐标。
作为一种进一步的技术方案，所述定位座11上设置有弹性压紧机构13，所述弹性压紧机构13设置有一个旋转轮14，在所述定位座11上并排设置有两个定位轮15，所述旋转轮14设置于两个定位轮15的上方，在所述两个定位轮15与一个旋转轮14之间形成用于固定待测工件16的定位空间。对应的，所述滑动座19上设置有两个定位轮17，两个所述定位轮17形成用于固定待测工件16的支撑空间。
对于弹性压紧机构13而言，其形式同样可以有多种多样。以其中一种形式举例说明。弹性压紧机构13可以采用包括弹性架和压紧座，所述压紧座可活动地设置于弹性架上，弹性架固定于所述定位座11上，当然在弹性架与压紧座之间设置有弹性部件，以形成向下压紧的趋势。压紧座上设置有旋转轮14，旋转轮14为主动轮，可以采用自动方式驱动器旋转，当然，也可以采用其他形式。
本实施例中，所述行走机构包括：水平移动装置和升降移动装置，所述升降移动装置与所述韧性测杆10的第一端连接，用于带动韧性测杆10进行升降移动；所述水平移动装置设置在所述工作台2，用于带动韧性测杆10进行水平移动。
此处需要说明的是，对于水平移动装置和升降移动装置的具体结构可以有多种多样，例如：丝杠传动、皮带传动或其他传动结构。
以如下一种形式举例说明：行走机构包括：X向螺旋驱动机构3、Z向螺旋驱动机构4、X向螺旋副8、Z向螺旋副6、X向导轨9、Z向导轨7和Z向立柱5；所述X向螺旋驱动机构3与X向螺旋副8的丝杆结构连接，用于驱动丝杆结构进行旋转，从而带动X向螺旋副8的丝母结构轴向移动(当然，具体可沿X向导轨9的方向移动)。所述X向螺旋副8的丝母结构可与Z向立柱5连接，Z向螺旋驱动机构4设置于Z向立柱5上，且与Z向螺旋副6连接，用于驱动Z向螺旋副6的丝杆结构进行旋转，从而带动Z向螺旋副6的丝母结构轴向移动(当然，具体可沿Z向导轨7的方向移动)。丝母结构可以与激光源和气源集成在一箱体内，从而带动所述韧性测杆10移动。
本实施例中，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置，从而在气动定心测头的外围形成气态圆柱体，以保持自动定心测头12在细长孔内沿轴线进行行走。
优选地，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有两组通孔。当然，也可根据需要设置为其他数量。
综上，采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1)本发明通过行走机构和自动定心测头12避免了对测杆刚性的要求，实现了细长孔几何参数的测量，为细长孔的精密测量提供了有效的技术手段；
2)本发明采用的自动定心测头12结合激光自准直原理实现内截面圆的连续扫面，有效减少了误差来源，提高了测量精度；
3)本发明采用的气动定心测头复合光纤21传导实现测头体积更小，可以同时测量细长小径内径的直线度及圆度误差；
4)本发明操作简便、易用性好，利用处理器协同处理数据，实现了测量的自动化。
实施例二
结合图1至图5所示，本实施例还提供一种根据实施例一所述的细长孔几何参数测量装置的方法，其包括如下步骤：
一)、通过定位机构实现待测工件16的自动定心；作为一种进一步的技术方案，所述通过定位机构实现待测工件16的自动定心包括如下步骤：其中，所述定位机构包括：工作台2、定位座11和滑动座19；将所述行走机构设置于所述工作台2的第一端，将所述滑动座19设置于所述工作台2的第二端，将所述工作台2设置于所述工作台2的中间段，在所述定位座11上设置有弹性压紧机构13，所述弹性压紧机构13设置有一个旋转轮14，在所述定位座11上并排设置有两个定位轮15，在所述两个定位轮15与一个旋转轮14之间形成用于固定待测工件16的定位空间，在所述滑动座19上设置有两个定位轮17，两个所述定位轮17形成用于固定待测工件16的支撑空间，而且，弹性压紧机构13能带动旋转轮14以对待测工件16进行压紧动作，同时，旋转轮14也能驱动待测工件16进行旋转。
二)、通过行走机构使韧性测杆10进行移动并使其第二端的自动定心测头12移动至待测工件16的细长孔入口处；具体的，控制X向螺旋驱动机构3和Z向螺旋驱动机构4，将自动定心测头12运动到待测工件16的左入口里。
三)、通过行走机构驱动自动定心测头12在细长孔内进行移动，同时控制待测工件16进行旋转，此时通过激光瞄准器22发出的光会在CCD处理器18上形成光点，与此同时记录气动传感器的数据、CCD处理器18的光点坐标；具体的，控制X向螺旋驱动机构3驱动自动定心测头12向右运动，同时旋转轮14驱动待测工件16旋转，由于自动定心测头12的双排气孔形成标准的气态圆柱体，而使得自动定心测头12保持在细长孔内沿轴线向右行走(其中，在所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置，从而在气动定心测头的外围形成气态圆柱体，以保持自动定心测头12在细长孔内沿轴线进行行走。)，此时激光瞄准器22发出的光便在接收处理装置CCD处理器18面上形成光点，与此同时记录气动传感器的数据(Di1…Din)、CCD处理器18的光点坐标(Xi，Yi，Zi)。
四)、通过数据处理软件对记录的气动传感器的数据进行最小二乘以获得每个截面的圆度误差；对CCD处理器18获得的光点坐标进行最小二乘拟合以获得内孔直线度误差。具体的，当测量过程及信号采集完成后，由数据处理软件对原始的气动传感器的数据(Di1…Din)进行最小二乘就可获得每个截面的圆度误差；对CCD处理器18获得的光点坐标(Xi，Yi，Zi)进行最小二乘拟合就可得到内孔直线度误差。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种细长孔几何参数测量装置，其特征在于，包括：定位机构、行走机构和测量机构；
所述定位机构用于使待测工件的位置进行自动定心；
所述测量机构包括：自动定心测头、韧性测杆、激光器、气动传感器和CCD处理器；所述韧性测杆沿其轴向设置有内部通道，且在所述韧性测杆的第一端设置有进气孔，在所述韧性测杆的第二端设置有自动定心测头，所述自动定心测头包括：气动定心测头和激光瞄准器；所述激光器设置于所述行走机构上，且所述激光器的光纤穿设于所述韧性测杆的内部通道与所述激光瞄准器连接，所述激光瞄准器与所述CCD处理器信号连接；所述气动传感器的气源通过所述韧性测杆的进气孔与所述气动定心测头连通；
所述行走机构用于携带韧性测杆进行移动并使其第二端的自动定心测头移动至待测工件的细长孔入口处。
2.根据权利要求1所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述定位机构包括：工作台、定位座和滑动座；所述行走机构设置于所述工作台的第一端，所述滑动座设置于所述工作台的第二端，所述工作台设置于所述工作台的中间段，所述CCD处理器设置于所述滑动座上，所述定位座与滑动座用于定位待测工件。
3.根据权利要求2所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述定位座上设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构设置有一个旋转轮，在所述定位座上并排设置有两个定位轮，所述旋转轮设置于两个定位轮的上方，在所述两个定位轮与一个旋转轮之间形成用于固定待测工件的定位空间。
4.根据权利要求3所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述滑动座上设置有两个定位轮，两个所述定位轮形成用于固定待测工件的支撑空间。
5.根据权利要求2所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述行走机构包括：水平移动装置和升降移动装置，所述升降移动装置与所述韧性测杆的第一端连接，用于带动韧性测杆进行升降移动；所述水平移动装置设置在所述工作台，用于带动韧性测杆进行水平移动。
6.根据权利要求2所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置。
7.根据权利要求6所述的细长孔几何参数测量装置，其特征在于，所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有两组通孔。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的细长孔几何参数测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过定位机构实现待测工件的自动定心；
通过行走机构使韧性测杆进行移动并使其第二端的自动定心测头移动至待测工件的细长孔入口处；
通过行走机构驱动自动定心测头在细长孔内进行移动，同时控制待测工件进行旋转，此时通过激光瞄准器发出的光会在CCD处理器上形成光点，与此同时记录气动传感器的数据、CCD处理器的光点坐标；
通过数据处理软件对记录的气动传感器的数据进行最小二乘以获得每个截面的圆度误差；对CCD处理器获得的光点坐标进行最小二乘拟合以获得内孔直线度误差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过定位机构实现待测工件的自动定心包括如下步骤：
其中，所述定位机构包括：工作台、定位座和滑动座；
将所述行走机构设置于所述工作台的第一端，将所述滑动座设置于所述工作台的第二端，将所述工作台设置于所述工作台的中间段，在所述定位座上设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构设置有一个旋转轮，在所述定位座上并排设置有两个定位轮，在所述两个定位轮与一个旋转轮之间形成用于固定待测工件的定位空间，在所述滑动座上设置有两个定位轮，两个所述定位轮形成用于固定待测工件的支撑空间，而且，弹性压紧机构能带动旋转轮以对待测工件进行压紧动作，同时，旋转轮也能驱动待测工件进行旋转。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述通过行走机构驱动自动定心测头在细长孔内进行移动，同时控制待测工件进行旋转包括如下步骤：
其中，在所述气动定心测头沿其轴向间隔设置有若干组通孔，每组通孔包括三个通孔，三个通孔分布于所述气动定心测头同一径向截面对应圆周的120度位置，从而在气动定心测头的外围形成气态圆柱体，以保持自动定心测头在细长孔内沿轴线进行行走。
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