CN107917677B - 深孔圆度实时检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于深孔圆度检测的领域，具体涉及一种深孔圆度实时检测装置，解决现有深孔圆度检测方法在检测过程中存在径向跳动误差，这大大降低了检测精度的问题，其包括前后定心结构、检测结构，前、后定心结构分别设置于检测结构两端，检测结构若干激光位移传感器安装于传感器安装环上，所前定心结构与深孔孔壁滚动接触适应深孔孔径变化实现检测装置前端的中心线与深孔轴线重合；所述的后定心结构与深孔孔壁能够相对静止也能够相对滑动。本发明利用了激光位移传感器，检测精度高，配有电机，采用计算机运算，检测精度高；另外，本发明对孔有自定心、自适应、实时显示圆度等功能，可完成对深孔圆度的无损自动检测，装置原理简单，易于推广应用。

Description

深孔圆度实时检测装置

技术领域

本发明属于深孔圆度检测的领域，具体涉及一种深孔圆度实时检测装置。

背景技术

随着现代科学技术与现代工业的极速发展，深孔零件已经广泛的应用于各行各业中。同时，在某些领域中，机械系统对深孔零件的精度提出了更高的要求，机械零件的形状和位置误差很大程度的反映了其加工精度。其中，圆度误差是指被测圆柱面任一正截面实际圆相对于理想圆的变动量，是许多其他形位误差的评定基础。对回转零件或零件的回转表面而言，外径的检测方法较多且精度较高，而孔径的高精度检测方法相对较少，尤其在深孔零件表面检测中，传统的测量方法和测量仪器都受到了很大的限制。

虽然现在有许多传感器不但可以实现非接触测量，并且能够达到较高的测量精度，如基于激光位移传感器、光纤传感器，采用零件旋转或传感器旋转的方式研究的圆度检测方法，但大部分检测方法没有正确的考虑在检测过程中存在的径向跳动误差，这将大大降低检测精度。

发明内容

本发明为了解决现有深孔圆度检测方法在检测过程中存在径向跳动误差，这大大降低了检测精度的问题，提供了一种深孔圆度实时检测装置。

本发明采用如下技术方案实现：

一种深孔圆度实时检测装置，包括前后定心结构、检测结构和动力部分，前、后定心结构分别设置于检测结构两端，

所述的检测结构包括传感器安装环和若干激光位移传感器，若干激光位移传感器安装于传感器安装环上，

所述的前定心结构与深孔孔壁滚动接触适应深孔孔径变化实现检测装置前端的中心线与深孔轴线重合；

所述的后定心结构与深孔孔壁能够相对静止也能够相对滑动，

所述的动力部分包括为检测装置沿深孔轴线直线进给提供动力的部分以及为传感器安装环转动提供动力的部分。

所述的激光位移传感器为三个，相互间隔120°安装于传感器安装环上，激光位移传感器与计算机相连。

所述的后定心结构包括内转轴，内转轴过盈配合于轴承的内圈，轴承安装于传感器安装环内圈，内转轴外圈为棘轮机构，所述的棘轮机构为内啮合棘轮机构，包括棘轮及棘爪，所述棘轮的外侧圆环结构为耐磨材料。

所述的前定心结构包括T型拉杆，T型拉杆包括水平段和竖直段，所述的T型拉杆的水平段上自内而外依次设置有右弹簧、楔形体、左弹簧以及套筒，T型拉杆的竖直段另一侧为隔离板，所述的套筒套于右弹簧、楔形体以及左弹簧之外并与隔离板固定连接产生右弹簧和左弹簧的预压缩量，右弹簧和左弹簧之间夹着楔形体，套筒和楔形体之间设置有防止二者发生相对旋转的防转销钉，所述的前定心结构还包括与深孔孔壁保持接触的杠杆系，所述的杠杆系沿周向均布，数量为两组或三组，所述的杠杆系包括杆Ⅰ，杆Ⅰ两端分别设置有可相对其转动的滚动钢珠，杆Ⅰ由楔形杆铰接并支撑，楔形杆底部为斜面与楔形体接触配合。

所述的T型拉杆为中空结构，内部加工有螺旋槽，所述的传感器安装环中心位置固定连接有沿其轴线方向设置的转动连杆的一端，转动连杆穿设于T型拉杆中空结构内，转动连杆另一端端部圆周上焊接有能够沿螺旋槽运动的导向块。

所述的楔形体一端有槽，T型拉杆的竖直段以及右弹簧装于槽内，T型拉杆的水平段自槽中穿设于楔形体中心轴线位置。

所述的T型拉杆外圆右侧装有圆锥销，圆锥销作用旨在限制其左侧结构发生轴向运动，圆锥销右端为拉环。

所述的动力部分包括柔性拉绳，所述的柔性拉绳从滚筒牵出，绕过高度可调的定滑轮连接在T型拉杆的一端，所述的滚筒与电机输出端连接，电机设置有光电编码器，光电编码器获取电机转动数据从而得到检测装置沿轴线运动的位置信息。所述的柔性拉绳与拉环连接。

本发明利用了激光位移传感器，检测精度高，配有电机，采用计算机运算，检测精度高；另外，本发明的检测装置与所检测内壁紧密结合，对孔有自定心、自适应、实时显示圆度等功能，可完成对深孔圆度的无损自动检测，在检测过程中，楔形杆利用三点定心原理，调节其长度，主动适应被测孔径，电机为整套深孔圆度实时检测装置提供源动力，柔性拉绳绕过定滑轮拉动整个装置运动，拉环结构通过柔性拉绳的牵引力作用，水平向右运动，导向块沿着T型拉杆内部加工出的螺旋槽相对于T型拉杆结构向左做螺旋运动，在导向块做螺旋运动的同时会带转动连杆做圆周旋转运动，进而传感器安装环做圆周旋转运动，安装在传感器安装环上的激光位移传感器在传感器安装环的带动下做旋转运动，便可检测出同一圆周上的圆度。检测过程中位置的确定，是通过滚筒与电机输出端连接，电机设置有光电编码器，光电编码器获取电机转动数据从而得到检测装置沿轴线运动的位置信息。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：具有自定位功能、检测装置与所检测内壁紧密贴合，减小径向跳动误差、实时显示深孔圆度误差的光电测试装置，且可以自适应孔径，检测精度高，可实现深孔圆度的无损自动检测，在检测过程中可测量任意位置的圆度，整套装置轻巧，操作简单，易于推广应用。

附图说明

图1为检测系统的示意图，

图2为图1的A-A剖面图，

图3为图1的B-B剖面图，

图中：1-工件；2-套筒；3-楔形体；4-防转销钉；5-螺钉；6-隔离板；7-传感器安装环；8-棘轮机构；9-内转轴；10-激光位移传感器；11-右弹簧；12-T型拉杆；13-杠杆系；14-楔形杆；15-滚动钢珠；16-左弹簧；17-圆锥销；18-拉环；19-导向块；20-弹簧；21-转动连杆；22-计算机；23-定滑轮；24-滚筒；25-时间与速度反馈；26-棘爪；27-轴承。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示：本发明所述的一种深孔圆度实时检测装置，包括：套筒2、楔形体3、防转销钉4、螺钉5、隔离板6、传感器安装环7、棘轮机构8、内转轴9、激光位移传感器10、右弹簧11、T型拉杆12、杠杆系13、楔形杆14、滚动钢珠15、左弹簧16、圆锥销17、拉环18、导向块19、弹簧20、转动连杆21、计算机22、定滑轮23、滚筒24、时间与速度反馈25、棘爪26、轴承27。

所述的传感器安装环7上安装有间隔为120°的激光位移传感器10，计算机与激光位移传感器10相连。传感器安装环内圈装有轴承27，轴承27内圈通过过盈配合与内转轴9连接。内转轴9外圈为棘轮机构8。棘轮机构8为内啮合棘轮。

所述的套筒2通过防转销钉4与楔形体3侧面连接，套筒2左侧通过螺钉5与隔离板6连接。所述的楔形体3左侧内槽中装有右弹簧11，楔形体3右侧与套筒之间为左弹簧16。所述的楔形体3轴线部分为T型拉杆12，T型拉杆12内部加工有螺旋槽，转动连杆21在螺旋槽内部，其上右侧焊接有导向块19，转动连杆21左侧与传感器安装环7焊接在一起，右侧与弹簧20连接。导向块19沿螺旋槽旋转，完成左侧机构的圆周运动。楔形杆14周向120°均分于工件孔壁上，楔形杆底部斜面与楔形体3相互接触，同时与杠杆系13中部铰接；杠杆系13两侧装有滚动钢珠15；杠杆系13上部的滚动钢珠15与所加工零件已加工内孔接触。楔形体3配合杠杆系13等机构可保持滚动钢珠15始终与已加工内孔孔壁接触。

所述的T型拉杆12外圆右侧装有圆锥销17，其右端为拉环18。拉环18上系有柔性拉绳，柔性拉绳绕过可调节高低度的定滑轮23缠绕在滚筒24上。T型拉杆12穿过楔形体3、套筒2，经柔性拉绳、定滑轮23、滚筒24与电动机M 相连；

检测前，调节T型拉杆12，通过右弹簧11、左弹簧16的相互作用，楔形杆14与楔形体3将相互滑动，实现楔形杆14伸出臂长度的变化；利用三点定心原理，主动适应被测孔径；插入圆锥销17固定T型拉杆12，使套筒2内部各零件组成一个独立于外部牵引的动态平衡系统。

检测时，电机为整套深孔圆度实时检测装置提供源动力，滚筒24通过电机的带动旋转，滚筒24转动时，带动其上钢丝缠绕，柔性拉绳绕过定滑轮23拉动整个装置运动，其中定滑轮固定在定滑轮座上，定滑轮座的高低可以自行调节，这样有助于柔性拉绳绕过定滑轮后始终保持与所加工深孔轴线重合。在整个检测过程中，若孔径小幅度变化，滚动钢珠受到孔壁压力将发生变化，在两个压缩弹簧，即右弹簧11和左弹簧16作用下，楔形杆与楔形体相对运动，从而使钢珠始终与孔内壁贴紧，自动适应孔径大小的变化，使得整个装置在水平移动的过程中能够始终与已加工内壁接触。

最左侧的棘轮机构8外侧圆环结构为特殊耐磨材料，棘轮8的棘爪卡在26在与外侧圆内侧齿廓上时，此时棘轮8外侧圆环结构受棘爪作用力挤压在深孔内壁上，此时，棘轮结构受到深孔内壁的反作用力产生摩擦力，在该摩擦力的作用下，棘轮机构可保持静止不动。拉环结构通过柔性拉绳的牵引力作用，水平向右运动，导向块19沿着T型拉杆12内部加工出的螺旋槽相对于T型拉杆12结构向左做螺旋运动，导向块19与转动连杆21相连，在导向块做螺旋运动的同时会带转动连杆21做圆周旋转运动，转动连杆21又与传感器安装环7相连，传感器安装环7做圆周旋转运动，传感器安装环7与轴承27外圈配合，轴承27内圈与棘轮机构8过盈配合。安装在传感器安装环7上的激光位移传感器10在传感器安装环7的带动下做旋转运动，便可检测出同一圆周上的圆度。当导向块19连同转动连杆21相对于T型拉杆12向左移动出一定位移后，安装在转动连杆21右侧的弹簧会受力，进而拉动转动连杆21相对于已加工深孔内壁向右运动，同样导向块9会沿T型拉杆12内部加工出的螺旋槽做与刚才圆周运动反方向的运动，在T型拉杆12的带动下，传感器安装环7同时也在做同方向的圆周运动。由于弹簧拉力比棘轮机构8外侧圆环结构与已加工深孔内壁之间的摩擦力大，所以棘轮机构8也会相对于已加工深孔内壁向右运动，以恢复到近似初始状态此刻导向块不会回到初始在T型拉杆12内部最右端）。

Claims (8)

1.一种深孔圆度实时检测装置，其特征在于：其包括前定心结构、后定心结构、检测结构和动力部分，前定心结构、后定心结构分别设置于检测结构两端，

所述的检测结构包括传感器安装环和若干激光位移传感器，若干激光位移传感器安装于传感器安装环上，

所述的前定心结构与深孔孔壁滚动接触适应深孔孔径变化实现检测装置前端的中心线与深孔轴线重合；

所述的后定心结构与深孔孔壁能够相对静止也能够相对滑动，

所述的动力部分包括为检测装置沿深孔轴线直线进给提供动力的部分以及为传感器安装环转动提供动力的部分；

所述的前定心结构包括T型拉杆（12），T型拉杆（12）包括水平段和竖直段，所述的T型拉杆（12）的水平段上自内而外依次设置有右弹簧（11）、楔形体（3）、左弹簧（16）以及套筒（2），T型拉杆（12）的竖直段另一侧为隔离板（6），所述的套筒（2）套于右弹簧（11）、楔形体（3）以及左弹簧（16）之外并与隔离板（6）固定连接产生右弹簧（11）和左弹簧（16）的预压缩量，右弹簧（11）和左弹簧（16）之间夹着楔形体（3），套筒（2）和楔形体（3）之间设置有防止二者发生相对旋转的防转销钉（4），

所述的前定心结构还包括与深孔孔壁保持接触的杠杆系（13），所述的杠杆系（13）沿周向均布，数量为两组或三组，所述的杠杆系包括杆Ⅰ，杆Ⅰ两端分别设置有可相对其转动的滚动钢珠（15），杆Ⅰ由楔形杆（14）铰接并支撑，楔形杆（14）底部为斜面与楔形体（3）接触配合。

2.根据权利要求1所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于：所述的激光位移传感器（10）为三个，相互间隔120°安装于传感器安装环（7）上，激光位移传感器（10）与计算机相连。

3.根据权利要求1所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于：所述的后定心结构包括内转轴（9），内转轴（9）过盈配合于轴承（27）的内圈，轴承（27）安装于传感器安装环内圈，内转轴（9）外圈为棘轮机构（8），所述的棘轮机构（8）为内啮合棘轮机构，包括棘轮及棘爪，所述棘轮的外侧圆环结构为耐磨材料。

4.根据权利要求1所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于：所述的T型拉杆（12）为中空结构，内部加工有螺旋槽，

所述的传感器安装环中心位置固定连接有沿其轴线方向设置的转动连杆（21）的一端，转动连杆（21）穿设于T型拉杆（12）中空结构内，转动连杆（21）另一端端部圆周上焊接有能够沿螺旋槽运动的导向块（19）。

5.根据权利要求4所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于：所述的楔形体（3）一端有槽，T型拉杆（12）的竖直段以及右弹簧（11）装于槽内，T型拉杆（12）的水平段自槽中穿设于楔形体（3）中心轴线位置。

6.根据权利要求5所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于：所述的T型拉杆（12）外圆右侧装有圆锥销（17），其右端为拉环（18），圆锥销（17）作用旨在限制其左侧结构发生轴向运动。

7.根据权利要求1至6之一所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于所述的动力部分包括柔性拉绳，所述的柔性拉绳从滚筒（24）牵出，绕过高度可调的定滑轮（23）连接在T型拉杆（12）的一端，所述的滚筒与电机输出端连接，电机设置有光电编码器，光电编码器获取电机转动数据从而得到检测装置沿轴线运动的位置信息。

8.根据权利要求7所述的深孔圆度实时检测装置，其特征在于所述的柔性拉绳与拉环连接。