CN109737889A - 一种超深孔圆度全过程智能检测系统 - Google Patents

Abstract

一种超深孔圆度全过程智能检测系统，涉及深孔检测技术领域。超深孔圆度全过程智能检测系统包括驱动装置、自移动定心装置、检测装置和数据处理装置；检测装置包括长空心螺杆、第二弹簧、连接件、激光发射器和滚珠；长空心螺杆、第二弹簧滑动套设在连接件的伸出端，与待测工件内壁相抵的滚珠设置在连接件的卡入端的凹槽中，长空心螺杆侧壁的凹槽上设置有激光发射器；数据处理装置包括依次连接的PSD传感器、信号转换器和控制终端，PSD传感器的延伸方向与激光发射器的延伸方向垂直。上述超深孔圆度全过程智能检测系统采用PSD传感器与激光技术结合，能够实现全过程智能检测超深孔的圆度，提高了检测精度，减小了检测误差。

Description

一种超深孔圆度全过程智能检测系统

技术领域

本发明涉及深孔检测技术领域，具体而言，涉及一种超深孔圆度全过程智能检测系统。

背景技术

深孔加工广泛应用于军工、铁路、航空航天及工程机械等领域，随着高科技、智能化装备的快速发展，如枪管、炮管、液压系统等具有密封、基准引导功能的深孔零件对加工质量的要求愈来愈高，这就需要更专业、高性能的检测设备。而对于深孔零件的测量，因特殊的不易干涉、控制难、刚度系统差等局限性，导致圆度测量困难，传统的深孔检测大多依赖人工操作简易设备根据经验判断，使得测量误差与不确定性较大。因此，必须研制专用的深孔检测设备，尽量消除因测量系统倾斜、偏转造成的误差，提高系统自动化水平及测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其基于PSD传感器与激光技术能够实现全过程智能检测超深孔的圆度，提高了检测精度，减小了检测误差。

本发明的实施例是这样实现的：

一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其包括驱动装置、自移动定心装置、检测装置和数据处理装置；驱动装置、检测装置和数据处理装置依次首尾相连，自移动定心装置和检测装置均一端连接至驱动装置，另一端连接至待测工件；

驱动装置包括电机、小带轮、V型带、大带轮、旋转伸缩杆和控制旋转伸缩杆的控制机构，电机、小带轮、V型带、大带轮和旋转伸缩杆依次连接，自移动定心装置和检测装置与旋转伸缩杆连接，控制机构连接至旋转伸缩杆；

检测装置包括长空心螺杆、第二弹簧、连接件、激光发射器和滚珠；长空心螺杆、第二弹簧滑动套设在连接件的伸出端，与待测工件内壁相抵的滚珠设置在连接件的卡入端的凹槽中，长空心螺杆侧壁的凹槽上设置有激光发射器；

数据处理装置包括依次连接的PSD传感器、信号转换器和控制终端，PSD传感器的延伸方向与激光发射器的延伸方向垂直。

在本发明较佳的实施例中，上述旋转伸缩杆包括依次滑动套设的一级管、二级管和三级管，一级管连接至大带轮，二级管和三级管靠近大带轮的一端分别设置有第二端盖和第三端盖，第二端盖的中央设置有进气孔。

在本发明较佳的实施例中，上述二级管与三级管外壁上均设有两条平行于中心轴的滑槽，两个滑槽与中心轴的连线呈180度角，一级管和二级管的内壁均设置有与滑槽配合的滑块。

在本发明较佳的实施例中，上述自移动定心装置的个数为3个，且分别垂直连接至一级管、二级管和三级管。

在本发明较佳的实施例中，上述自移动定心装置包括轴承端盖、和依次连接的轴承、环形底座、短空心螺杆、支撑件和滚轮，短空心螺杆滑动套设在支撑件上，轴承端盖固定设置在轴承和环形底座外侧。

在本发明较佳的实施例中，上述支撑件的一端与短空心螺杆内槽的底壁通过第一弹簧连接，另一端通过六角螺母和双头螺柱与滚轮固定连接。

在本发明较佳的实施例中，上述支撑件为Y型，支撑件的小端为方形，短空心螺杆上与小端配合的孔也为方形孔。

在本发明较佳的实施例中，上述连接件的伸出端为方形，长空心螺杆的孔为方形孔。

在本发明较佳的实施例中，上述控制机构包括依次连接的气动旋转接头、控制阀、气缸和两用型真空泵，气动旋转接头螺纹连接至大带轮的中心。

本发明实施例的有益效果是：

（1）本发明基于PSD传感器与激光技术相结合的方式来实现超深孔圆度的检测，有效减少了人为误差，并可以在计算机中绘制出孔的界面图样。

（2）本发明的旋转伸缩杆，通过滑槽、滑块和大带轮的配合运动，实现检测装置的进给运动与旋转运动，进而可检测不同截面孔的圆度。自移动控制装置通过控制机构实现旋转伸缩杆的气动控制。

（3）本发明激光发射器与滚珠的距离始终保持不变，只需保证可旋转伸缩杆不倾斜，激光发射器垂直与PSD传感器即可，不受所测孔中心轴与旋转伸缩杆中心轴同轴度的约束。滚珠与孔壁始终接触，避免了支撑架对测量结果的影响，提高了检测精度。

（4）本发明可移动装置中，在长空心螺杆和短空心螺杆上均采用方形孔防止检测过程中发生旋转，提高了检测精度。

（5）本发明检测速度、检测位置可调可控，能够实现超深孔圆度全过程智能检测。

（6）本发明采用多跨简支梁结构，即在各级杆上均设有随动定心装置来保证可旋转伸缩杆不倾斜，减少超深孔中伸缩杆过长因自重造成的弯曲，降低系统测量误差。

（7）本发明为了减少整个装置质量，各级杆均采用轻质碳纤维材料，结构上为空心结构，采用气压驱动实现可旋转伸缩杆的可控伸缩，同时减轻装置的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例超深孔圆度全过程智能检测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例超深孔圆度全过程智能检测系统的旋转伸缩杆和大带轮的结构示意图；

图3是图2中C-C截面处的结构示意图；

图4是本发明实施例超深孔圆度全过程智能检测系统的自移动定心装置的结构示意图；

图5是本发明实施例超深孔圆度全过程智能检测系统的支撑件的结构示意图；

图6是图4中A-A截面处的结构示意图；

图7是本发明实施例超深孔圆度全过程智能检测系统的检测装置结构示意图；

图8是图7中B-B截面处的结构示意图。

图标：100-超深孔圆度全过程智能检测系统；110-驱动装置；120-自移动定心装置；130-检测装置；140-数据处理装置；150-待测工件；1-电机；2-小带轮；11-V型带；9-大带轮；8-旋转伸缩杆；12-螺钉；34-一级管；38-二级管；44-三级管；35-第二端盖；36-第三端盖；37-进气孔；42-滑槽；43-滑块；16-轴承端盖；13-轴承；14-垫圈；15-环形底座；17-短空心螺杆；19-支撑件；22-滚轮；18-第一弹簧；20-六角螺母；21-双头螺柱；23-长空心螺杆；24-第二弹簧；25-连接件；26-激光发射器；27-滚珠；251-伸出端；252-卡入端；6-PSD传感器；28-信号转换器；7-控制终端；10-气动旋转接头；31-控制阀；30-气缸；29-两用型真空泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种超深孔圆度全过程智能检测系统100，其包括驱动装置110、自移动定心装置120、检测装置130和数据处理装置140。其中，驱动装置110、检测装置130和数据处理装置140依次首尾相连，自移动定心装置120和检测装置130均一端连接至驱动装置110，另一端连接至待测工件150。

请继续参照图1，驱动装置110包括电机1、小带轮2、V型带11、大带轮9、旋转伸缩杆8和控制旋转伸缩杆8的控制机构。其中，电机1、小带轮2、V型带11和大带轮9活动连接。大带轮9和旋转伸缩杆8通过螺钉12和垫圈14固定连接。控制机构连接至旋转伸缩杆8以实现对旋转伸缩杆8的控制。自移动定心装置120和检测装置130平行设置且均连接至旋转伸缩杆8。工作时，电机1带动小带轮2转动，小带轮2通过V型带11带动大带轮9转动，进而带动旋转伸缩杆8转动。

请参照图2和图3，旋转伸缩杆8包括依次滑动套设的一级管34、二级管38和三级管44。一级管34的一端固定连接至大带轮9。二级管38和三级管44靠近大带轮9的一端分别设置有第二端盖35和第三端盖36。其中，第二端盖35的中央设置有进气孔37。通过上述进气孔37能够对三级管44打气，对三级管44在二极管中的运动提供动力。二级管38和三级管44外壁上均设有两条平行于中心轴的滑槽42，上述两个滑槽42与中心轴的连线呈180度角。一级管34和二级管38的内壁均设置有与滑槽42配合的滑块43。

请继续参照图1-图3，控制机构包括依次连接的气动旋转接头10、控制阀31、气缸30和两用型真空泵29。气动旋转接头10螺纹连接至大带轮9的中心。两用型真空泵29可以用来抽气和打气。打气时，气体从两用型真空泵29出发，依次通过气缸30、控制阀31、气动旋转接头10进入一级管34内，因二级管38上的进气孔37小于二级管38的端盖剩余面积，随着一级管34内气体压强增大，气体压强作用于端盖上推动二级管38沿着二级管38上的滑槽42向前伸长，当二级管38伸出完毕，气体压强继续增加，气体压强通过二级管38上的进气孔37作用于端盖上，从而推动三级管44伸出，在整个伸长过程中只需要控制杆内气体的压强即可控制伸出长度。

请参照图1和图4，自移动定心装置120的个数为三个，且分别垂直连接至一级管34、二级管38和三级管44。自移动定心装置120包括轴承端盖16、轴承13、环形底座15、短空心螺杆17、支撑件19和滚轮22。其中，轴承13、环形底座15、短空心螺杆17、支撑件19和滚轮22依次连接，滚轮22时刻与待测工件150的内壁接触。短空心螺杆17滑动套设在支撑件19上，轴承端盖16通过螺钉12和垫圈14固定连接至环形底座15外侧，以实现轴承端盖16对环形底座15和轴承13的固定。支撑件19的一端与短空心螺杆17内槽的底壁通过第一弹簧18连接，另一端通过六角螺母20和双头螺柱21与滚轮22固定连接。轴承13和滚轮22两侧受到不同的压力时候，可通过第一弹簧18的伸缩和拉伸，对两者的距离实现调节，进而适应待测工件150不同的孔径大小。请参照图5和图6，支撑件19为Y型，上述支撑件19的小端为方形，短空心螺杆17上与上述小端配合的孔也为方形孔。方形的设置能够防止支撑件19在圆周方向上发生转动。

请参照图7和图8，检测装置130垂直连接至三级管44的外壁，检测装置130包括长空心螺杆23、第二弹簧24、连接件25、激光发射器26和滚珠27。长空心螺杆23、第二弹簧24滑动套设在连接件25的伸出端251。滚珠27设置在连接件25的卡入端252的凹槽中。其中，长空心螺杆23固定连接至三级管44，滚珠27与待测工件150内壁相抵触，可实现滚珠27在待测工件150内壁上的滚动。长空心螺杆23侧壁的凹槽上设置有激光发射器26。连接件25的伸出端251为方形，长空心螺杆23的孔为方形孔，以防止连接件25在圆周方向上的滚动。激光发射器26的型号为YBS-30A。

请继续参照图1，数据处理装置140包括依次连接的PSD传感器6、信号转换器28和控制终端7。 PSD传感器6的延伸方向与激光发射器26的延伸方向垂直，本实施例中PSD传感器6的型号为DR13-2DPSD-W203。

超深孔圆度全过程智能检测系统100的工作原理是：在测量超深孔圆度过程中，请参照图4，首先，自移动定心装置120依靠三点定心原理来实现自动定心，并且依靠各级管上设置的自移动定心装置120以及每个自移动定心装置120自动调节可旋转伸缩杆8使其保持平衡不倾斜。其次，控制两用式真空泵进行打气，气体依次通过气缸30、控制阀31、气管、气动旋转接头10进入一级管34内，因二级管38上的进气孔37小于二级管38的端盖剩余面积，随着一级管34内气体压强增大，气体压强作用于端盖上推动二级管38沿着二级管38上的滑槽42向前伸长，当二级管38伸出完毕，气体压强继续增加，气体压强通过二级管38上的进气孔37作用于端盖上，从而推动三级管44伸出，在整个伸长过程中只需要控制杆内气体的压强即可控制伸出长度。

请参照图1和图5，在测量过程中，电机1带动小带轮2转动，因大带轮9与旋转伸缩杆8通过螺钉12固定在一起，所以小带轮2通过V型带11带动旋转伸缩杆8转动。旋转伸缩杆8进而带动检测装置130实现周转运动。在工作过程中，检测装置130因为所测量界面圆度的变化，滚珠27会在径向方向受到待测工件150的各个测量触点位置变化给予的挤压力。当滚珠27受到不同力时，滚珠27受的力会通过连接件25传递到第二弹簧24，第二弹簧24通过伸缩量的变化使检测部分受力平衡，第二弹簧24伸缩则会带动连接件25沿长空心螺杆23的方孔移动，从而带动激光发射器26沿所测孔截面径向移动。激光发射器26发射的激光持续传送至PSD传感器6，采集到的信号传递经信号转换器28转换后传递给控制终端7，控制终端7对传来的数据进行处理，从而实现圆度的高精度检测。在检测过程中，电机1带动可旋转伸缩杆8转动一周即可完成一次圆度检测。

在检测完毕后，直接控制两用式真空泵进行抽气，将一级管34与二级管38中的气体抽出，随着气体的抽出，压强减小二级管38和三级管44在大气压的作用下完成收缩，然后对整个装置进行拆卸即可。

综上所述，本发明涉及的超深孔圆度全过程智能检测系统将PSD传感器与激光技术相结合的方式来实现超深孔圆度的检测，有效减少了人为误差，并可以在计算机中绘制出孔的界面图样，实现了检测速度、检测位置可调可控，并实现超深孔圆度全过程智能检测。系统中设置旋转伸缩杆，通过滑槽、滑块和大带轮的配合运动，实现检测装置的进给运动与旋转运动，进而可检测不同截面孔的圆度。并且，通过各级杆上均设有随自移动定心装置、减少整个装置质量、使用方形孔等多种方式减少测量误差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，其包括驱动装置、自移动定心装置、检测装置和数据处理装置；所述驱动装置、所述检测装置和所述数据处理装置依次首尾相连，所述自移动定心装置和所述检测装置均一端连接至所述驱动装置，另一端连接至待测工件；所述驱动装置包括电机、小带轮、V型带、大带轮、旋转伸缩杆和控制旋转伸缩杆的控制机构，所述电机、所述小带轮、所述V型带、所述大带轮和所述旋转伸缩杆依次连接，所述自移动定心装置和检测装置与所述旋转伸缩杆连接，所述控制机构连接至所述旋转伸缩杆；所述检测装置包括长空心螺杆、第二弹簧、连接件、激光发射器和滚珠；所述长空心螺杆、所述第二弹簧滑动套设在所述连接件的伸出端，与所述待测工件内壁相抵的所述滚珠设置在所述连接件的卡入端的凹槽中，所述长空心螺杆侧壁的凹槽上设置有激光发射器；所述数据处理装置包括依次连接的PSD传感器、信号转换器和控制终端，所述PSD传感器的延伸方向与所述激光发射器的延伸方向垂直。

2.根据权利要求1所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述旋转伸缩杆包括依次滑动套设的一级管、二级管和三级管，所述一级管连接至所述大带轮，所述二级管和所述三级管靠近所述大带轮的一端分别设置有第二端盖和第三端盖，所述第二端盖的中央设置有进气孔。

3.根据权利要求2所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述二级管与所述三级管外壁上均设有两条平行于中心轴的滑槽，两个所述滑槽与所述中心轴的连线呈180度角，所述一级管和所述二级管的内壁均设置有与所述滑槽配合的滑块。

4.根据权利要求3所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述自移动定心装置的个数为3个，且分别垂直连接至所述一级管、所述二级管和所述三级管。

5.根据权利要求1所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述自移动定心装置包括轴承端盖、和依次连接的轴承、环形底座、短空心螺杆、支撑件和滚轮，所述短空心螺杆滑动套设在所述支撑件上，所述轴承端盖固定设置在所述轴承和环形底座外侧。

6.根据权利要求5所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述支撑件的一端与所述短空心螺杆内槽的底壁通过第一弹簧连接，另一端通过六角螺母和双头螺柱与所述滚轮固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述支撑件为Y型，所述支撑件的小端为方形，所述短空心螺杆上与所述小端配合的孔也为方形孔。

8.根据权利要求1所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述连接件的伸出端为方形，所述长空心螺杆的孔为方形孔。

9.根据权利要求1所述的一种超深孔圆度全过程智能检测系统，其特征在于，所述控制机构包括依次连接的气动旋转接头、控制阀、气缸和两用型真空泵，所述气动旋转接头螺纹连接至大带轮的中心。