CN109000592B - 一种深长孔直线度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种深长孔直线度检测装置及方法，该装置包括光电自准直仪，反射镜、固定装置、倾角计、自定心行走机构，反射镜和倾角计都固定在固定装置上，固定装置通过中心安装轴与自定心行走机构连接，自定心行走机构带动反射镜在深孔内移动。光电自准直仪发出的光线照射在反射镜上并返回光电自准直仪进行数据采集，所测结果由计算机进行拟合，并利用最小区域法进行求解。该方法是利用倾角计可以在反射镜的旋转角为零时采集空间坐标，消除了由于反射镜平面与深孔实际轴线的不垂直度带来的影响，使直线度评定结果精度得到有效提高。
Description
技术领域
本发明属于大深径比孔类零件几何精度检测技术领域，特别是涉及一种基于光电自准直仪的深长孔直线度高精度测量装置和方法。
背景技术
随着现代科技的发展，越来越多的领域需要使用深长孔类零件，比如石油运输领域，电力领域，军事领域等。这种大深径比零件内孔的直线度直接影响了其性能以及使用寿命，所以在出厂前都需要检测其直线度是否符合标准。
现有的内孔直线度检测方法有接触式的量规检测法、臂杆法，二者皆不能检测深长管的内孔直线度；非接触式的双频激光干涉法，该方法测量操作复杂，价格昂贵。
已申请国家专利的深孔直线度测量装置包括：
(1)中国发明专利申请公开说明书CN103234486A公开了一种非接触内孔直线度测量装置和方法，其方案的特点是利用气浮垫支撑，使反射镜在孔内移动，利用气浮垫的精密性和稳定性对被测工件进行测量，但气浮垫的自定心精度不高，会导致反射镜与被测工件内孔的轴线不同轴，影响测量精度。
(2)中国实用新型专利说明书CN203981183U公开了一种单激光单PSD储存式深孔直线度检测装置，其方案的特点是利用牵引线牵引自定心机构，使其在被测工件孔内移动，通过PSD传感器测得直线度数据，但是其自定心机构会在被测工件孔内旋转，影响测量精度。
纵观国内外的测量深孔直线度的方法，若需使精度提高，则价格昂贵，若需降低成本，则精度也随之降低，并且操作复杂。
发明内容
本发明的目的是在降低成本的同时，提高测量精度，并且降低操作难度，提高自动化程度，故提供一种深长孔直线度检测装置及方法，解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面提供一种深长孔直线度检测装置，包括光电自准直仪(市购)、测量机构和自定心行走机构(该机构可以市购也可参考中国发明专利申请公开说明书CN1635296A公开的蠕动式管道爬行器组装)，测量机构包括具有空心方体结构的固定装置5和倾角计6，固定装置5近自定心行走机构9的端面为B端，所述B端安装一个永磁铁18，所述B端的中心具有圆孔，所述中心安装轴7经圆孔伸入所述固定装置中，圆孔的直径大于中心安装轴的直径，B端面对应端面为A端，所述A端的中心固定所述反射镜且反射镜的非反射面贴近A端(该反射镜为一般平面反射镜，对其材质不做限定)，自定心行走机构9上近固定装置的端面安装电磁铁19，所述固定装置5的下端安装有倾角计6。
反射镜3通过反射镜固定端盖4固定在固定装置上，固定装置5经轴承端盖13压紧在通过圆孔伸入的自定心行走机构的中心安装轴7的周面，角接触球轴承17通过轴承端盖13、轴套15、中心安装轴7的轴肩以及固定装置5的内端面固定于中心安装轴7上，反射镜3通过反射镜固定端盖4和固定装置5使得反射镜3能与自定心行走机构9保持同轴转动，并且能够随自定心行走机构在深孔内移动。
所述的自定心行走机构包括3个自定心滑块8、3个驱动轮10，均匀分布于自定心行走机构的外圆周，所以自定心机行走机构9可以在深孔内移动，所述反射镜3安装在所述固定装置5上，固定装置5通过中心安装轴7安装在所述自定心行走机构9上，可以随自定心行走机构9在深孔内孔移动，使得倾角计6测量值为零时，光电自准直仪1采集的数据可以作为深孔内直线度误差测量的基准，消除由于反射镜3平面与内孔实际轴线不垂直带来的直线度测量误差。
所述固定装置5与自定心行走机构9通过中心安装轴7的固定距离要保证所述的永磁铁所在端面和电磁铁所在端面之间的间距为1-2cm，以保证永磁铁18和电磁铁19产生吸力，一起旋转。所述的电磁铁19安装个数为大于2的偶数且呈轴对称，以保证固定装置5和中心安装轴7无论摆动到任何角度，他们之间产生的的吸力都保持平衡。
深孔零件11水平放置，光电自准直仪1通过端面扣盖2固定在深孔零件11的一端，该端面为左，通过中心安装轴连接7的测量机构和自定心行走机构9相对位置遵循测量机构在左，自定心行走机构9在右的原则。所述光电自准直仪1发出的光线照射在反射镜3上，并且反射回所述光电自准直仪1作为直线度测量的基准。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是另一方面还提供一种深长孔直线度检测方法，使用上述的检测装置，包括以下步骤：
(1)将通过中心安装轴7固定的测量机构与自定心行走机构9从左至右依次放入待测深孔零件内；
(2)所述光电自准直仪1放置于断面扣盖2内并置于深孔零件11的左侧，并且使其发出的光线照射到所述反射镜3上，并可以反射回所述光电自准直仪1上，此时给电磁铁19依次通电，永磁铁18与电磁铁19产生吸力，产生的吸力会拨动所述固定装置5绕所述中心安装轴7摆动，所述倾角计6测量值为0时，如图4，其中OA向与重力方向夹角θ为0，所述光电自准直仪采集数据，并且作为深孔内孔直线度误差测量的基准；
(3)所述自定心行走机构9沿着被测深孔的轴向移动；
(4)当深孔轴线产生变化时，在所述倾角计测量值为0时，所述光电自准直仪1采集到的信号会发生改变，其变化可以通过计算机进行处理得到被测深孔的直线度误差。
本发明的有益效果是：
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明基于光电自准直技术对深孔直线度测量，利用光电原件高敏感性的特点设计了传感器系统；考虑到管内自定心行走机构会在深孔内产生旋转，设计了反射镜固定装置解决其旋转带来的误差。最后通过数据处理，拟合出一条空间曲线，进而求出深孔的直线度误差。本发明具有测量成本低，测量精度高，测量简便，自动化程度高的特点，其测量精度可达到微米级。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的反射镜固定装置剖面细节图；
图3是本发明空间直线度算法示意图；
图4是本发明纠正误差的原理图；
图5是本发明测量过程示意图；
图6是本发明装置的遗传算法图。
图中：1-光电自准直仪，2-端面扣盖，3-反射镜，4-反射镜固定端盖，5-固定装置，6-倾角计，7-中心安装轴，8-自定心滑块，9-自定心行走机构，10-驱动轮，11-深孔零件，12-螺栓，13-轴承端盖，14-螺栓，15-轴套，16-螺栓，17-角接触球轴承，18-永磁铁，19-电磁铁。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的第一实施方式涉及一种深长孔直线度检测系统，如图1和图2所示，包括光电自准直仪1，端面扣盖2，反射镜3，反射镜固定端盖4，固定装置5，倾角计6，螺栓12，轴承端盖13，螺栓14，轴套15，螺栓16，角接触球轴承17，永磁铁18和自定心行走机构9。所述反射镜3粘接于反射镜固定端盖4上，轴承17通过过盈配合与中心安装轴7连接，并且轴承17通过轴肩以及轴套15，轴承端盖13进行定位，最后螺栓12将轴承端盖13压在中心安装轴7的端面上。所述固定装置5套在轴承17外圈，并通过反射镜固定端盖4以及螺栓14定位。所述倾角计6通过螺栓16固定于固定装置5的底面。所述自定心行走机构9包括三个自定心滑块8、三个驱动轮10和中心安装轴7，三个自定心滑块8、三个驱动轮10均匀分布于其外圆周。本装置操作简单，具有成本低，测量精度高，自动化程度高的特点，特别适用于大深径比孔类零件的直线度检测。
具体实施方式如下：开启电源，自定心行走机构9开始带动镜固定装置5在深孔内沿轴线移动，与此同时，不断的依次给电磁铁19通电，使其与永磁铁18产生吸力，拨动固定装置5绕中心安装轴7摆动，当倾角计6的读数为0时，记录光电自准直仪1的读数并保存。待自定心行走机构9运动到一定位置时，关闭电源，测量结束。最后由计算机对所得的数据进行处理并拟合出一条空间曲线，进行误差计算。
本发明还涉及一种深长孔直线度测量方法，如图5所示，使用上述的深长孔直线度测量装置，包括以下步骤：
(1)将测量机构以及自定心行走机构9从左至右依次装入深孔零件11内，在深孔零件11的左侧扣上端面扣盖2，将光电自准直仪1插入端面扣盖2中；
(2)依次将电磁铁19通电，当倾角计6的读数为0时，记录此时光电自准直仪1的读数并将其作为基准。
(3)所述管内自定心行走机构9沿被测深孔轴线移动；
(4)不断的依次给电磁铁19通电，每当倾角计6的读数为0时，记录下光电自准直仪测量的数据，如图3，最后通过遗传算法(如图6)计算出被测深孔的直线度误差。
本发明基于光电自准直技术对大深径比深孔内孔直线度进行测量，为了消除管内自定心行走机构绕深孔轴线旋转带来的误差，设计了反射镜固定装置；最后通过计算机进行数据处理，用遗传算法计算出最终结果，本发明具有操作简单，成本低，精度高，使用寿命长，自动化程度高的优点，测量精度可以达到微米级。
Claims (5)
1.一种深长孔直线度检测装置，包括依次同轴设置的光电自准直仪、测量机构和自定心行走机构，测量机构包括反射镜，自定心行走机构包括中心安装轴，其特征在于：所述测量机构还包括具有空心方体结构的固定装置(5)和倾角计(6)，固定装置(5)近自定心行走机构(9)的端面为B端，所述B端安装一个永磁铁(18)，所述B端的中心具有圆孔，所述中心安装轴(7)经圆孔伸入所述固定装置(5)中，圆孔的直径大于中心安装轴(7)的直径，B端面对应端面为A端，所述A端的中心固定所述反射镜(3)，自定心行走机构(9)上近固定装置(5)的端面安装电磁铁(19)，所述固定装置(5)的下端安装有倾角计(6)；
所述的永磁铁(18)所在端面和电磁铁(19)所在端面之间的间距为1-2cm，所述的电磁铁(19)的安装个数为大于等于2的偶数且呈中心对称。
2.根据权利要求1所述的深长孔直线度检测装置，其特征在于，所述的反射镜(3)通过反射镜固定端盖(4)固定在所述固定装置(5)上。
3.根据权利要求1所述的深长孔直线度检测装置，其特征在于，所述固定装置(5)经轴承端盖(13)压紧在伸入的中心安装轴(7)的端面，角接触球轴承(17)通过轴承端盖(13)、轴套(15)、中心安装轴(7)的轴肩以及固定装置(5)的内端面固定于中心安装轴(7)上。
4.一种使用权利要求1-3中任意一项所述装置检测深长孔直线度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)所述光电自准直仪(1)位于深孔零件(11)一端的中心，所述测量机构和自定心行走机构(9)放入深孔零件的另一端；
(2)所述光电自准直仪(1)发出的光线照在反射镜(3)上，作为直线度测量的基准；
(3)所述自定心行走机构(9)沿深孔轴线行走；
(4)当深孔内自定心行走机构(9)走到指定位置时，电磁铁(19)通电，使倾角计(6)绕中心轴摆动，倾角计(6)读数为0的时刻，采集此时刻反射光线与探测器基准的相对坐标值；(5)通过对反射镜在深孔内轴向位置以及反射光线的坐标值的拟合，得到一条空间曲线，用遗传算法计算直线度误差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：将光电自准直仪(1)通过端面扣盖(2)扣在深孔零件(11)的一端。
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