CN110231001A - 光学孔检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造领域，具体涉及光学孔检测装置，检测孔直线度等形位误差。装置包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、读数部分。带孔工件或探测部分的运动方向与铅垂线的夹角小于、等于45度。竖直放置可以减少探测部分的弯曲变形，借助重力消除其间隙。人手或驱动部分使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动；探测部分能够绕支点在空间内运动，其中的探测头与孔壁；光线及光斑随探测部分的运动而变化；光斑位置或其变换后的信息可被显示出；光线从孔的外部或内部穿过；光线的长度大于或小于或等于工件的长度，前者可以将误差放大后显示出。在一次检测中，光发射装置到光接收装置之间的距离是不变的，利于提高检测精度。

Description

光学孔检测装置

技术领域

本发明属于机械制造领域，具体涉及光学孔检测装置。

背景技术

可以通过与被测量对象接触获得深孔直线度误差，目前常见的的方法有：利用塞规检测的方案，利用游标卡尺测量两端壁厚进行对比的方案，利用侧头沿孔运动带动杠杆位置变化的检测方法，等等。量规检验法是生产实践中通常使用的深孔零件直线度误差评估方案，检测时将量规放入孔内，通过深孔零件的倾斜产生沿孔轴线方向的重力分力以提供量规通过的作用力。若量规顺利通过，则认为直线度误差值较小，零件加工精度较高。若量规通过时产生卡顿，则认为直线度误差值较大，零件加工精度较低。现有技术中光敏传感器常常是移动的，因此，光敏传感器到光源的距离是变化的。由此可能产生光斑中心的的自动变化，难以获得很高的孔直线度检测精度。

发明内容

本发明的目的：利用光学原理检测孔直线度或其它形位误差，提高检测精度。

本发明采用以下创新技术方案。

1.光学孔检测装置包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、读数部分，其特征在于：人手或驱动部分使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动；探测部分有位于孔内与孔壁接触的零件；探测部分能够绕支点在空间内运动；光学部分的光线及光斑随探测部分的运动而变化；读数部分显示光斑位置或其变换后的信息；光线从孔的外部或内部穿过；光线的长度大于或小于或等于工件的长度；在一次检测中，光发射器与光接收器的距离是不变的；带孔工件或探测部分的运动方向与铅垂线的夹角小于、等于45度。

2.参考创新点1所述的光学孔检测装置，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有滑动体；所述的探测部分有探测杆、探测头、支座；探测头位于孔内，与孔壁接触；所述的光学部分有光发射器、光线、光接收器；所述的读数部分有显示器；人手或驱动部分带动探测部分或带孔工件沿导向体运动；探测杆能够绕其支点进行空间内的运动，探测头位于探测杆上；探测杆能够随探测头的变化而摆动；光发射器与探测杆连接，所发出的光线射向光接收器；探索杆位置的变化引起光发射器、光线和光接收器上光斑位置发生变化；显示器能够反映光斑位置的变化，运算器为独立装置或与显示器制作为一体；支座位于孔的上方或下方。

3.参考创新点1所述的光学孔检测装置，其特征在于当光线从带孔工件孔的内部射向光接收器时，探测部分设有通孔，或者探测部分与孔壁之间有间隙，光线穿越所述的通孔或间隙，作用于光学部分。

4.参考创新点1所述的光学孔检测装置，其特征在于，探测部分位于孔内的一端能够自动适应孔径的变化，探测部分的另一端设置有间隙调整装置。

5.参考创新点1所述的光学孔检测装置，其特征在于所述的探测部分设有球副或球轴承或球关节；或者使探测杆靠近支点的一端位于方腔内，在方腔内具有两个旋转自由度；或者探测部分具有其它结构，所述的其它结构使探测部分能够绕支点摆动。

6.参考创新点2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆是整体或分体式，分体式探测杆能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。

7.参考创新点2所述的光学孔检测装置，其特征在于所述的导向体为机床导轨或其它导向物体，所述滑动体为机床溜板或其它驱动物体。

8.参考创新点2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆或其延伸、放大部分的外轮廓和防转装置内轮廓具有圆形以外的横截面，当防转装置固定时，两者相对旋转运动受到限制。

9.参考创新点2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆外部或其延伸、放大部分与弹性物体接触。

10.参考创新点1所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆或其延伸、放大部分受到电磁力，电磁力矩主分量与探测杆绕孔轴线旋转的趋势相反。

以下对本发明作进一步介绍。

可以采用整体式探测杆或分体式探测杆。探测杆为整体时，制造容易，但放置工件时，有时不是十分方便。探测杆为分体式结构时，拆开探测杆，可以比较容易地放置工件，放置工件后，将探测杆组装为整体使用。

采用球副或球轴承或者其它结构，使探测杆可以在空间内摆动。

在孔的检测过程中，通常情况下，探测杆不会自动发生绕工件轴线的旋转。根据孔轴线直线度的定义，不需要关注孔轴线弯曲的方位，因此本发明可以不设置防转装置。但是，知道工件轴线弯曲的方位是有作用的(比如需要校直工件时)。因此，对于一部分使用本技术的工厂而言，为校直孔或有其他需要时提供便利，可以为这些工厂设计防转装置。

为了防止探测杆旋转，可以使探测杆或其一部分具有方形横截面，防转装置具有与方形截面成间隙配合的方形孔，固定设置的方形孔，则可以限制探测杆绕工件轴线旋转的自由度。探测杆具有三角形截面时，防转装置的三角形孔可以防转。总之，探测杆外轮廓和防转装置内轮廓具有圆形以外的横截面，因此，防转装置可以防止探测杆绕孔轴线的旋转。需要说明的是：探测杆外轮廓与防转装置内轮廓之间应有微小的间隙，如果完全没有间隙，则探测杆不能摆动，从而影响本发明功能的实现。由于存在间隙，防转装置不能完全防止探测杆的旋转，只能在一定程度上具有防转功能。也就是说，探测杆有可能具有绕孔轴线的小的旋转，由于间隙较小，其旋转角度也较小，故可以忽略不计。

借助力的作用也能防止探测杆旋转。例如，让探测杆外部或其延伸、放大部分与弹性材料接触，这些弹性材料容易变形，不会影响探测杆绕支座的运动。同时这些材料与弹性杆表面的摩擦力很大，能够通过摩擦力阻止探测杆的旋转。又比如，可以通过电磁力防止探测杆旋转，施加于探测杆的电磁力矩主分量与探测杆绕孔轴线旋转的趋势相反。

为了提高检测精度，消除或调整探测杆与其旋转支点之间的间隙。

支座位于孔的上方或下方。其它相关零件的位置也随支座位置而变化。

读数部分显示光斑位置或其变换后的信息。所谓变换后的信息可以是放大、缩小、转置、转化后的数据，也可以是拟合后的孔轴线或其它形式。

本发明的有益效果：获得相对于基准部分的孔的轴线各部位的位置，获得孔轴线的直线度，还可以借助现有技术获得孔相对于其定位基准的其它形位误差，如垂直度、平行度、倾斜度等。当光线的长度大于工件的长度时，可以将误差显示得更为明显，可以将误差放大后显示出。另外，在一次测量中，光源到光敏传感器之间的距离是确定的，利于提高检测精度。竖直放置的设置可以减少探测杆等关键零件因重力引起的弯曲变形，还可以借助重力消除球副的间隙，减少检测误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。图中：1-导向体，2-滑动体，3-带孔工件，4-支座，5-球副，6-防转装置，7-光发射器，8-光线，9-探测杆，10-探测头，11-光接收器，12-显示器，13-运算器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本发明做任何限制。

推算孔直线度误差时采用以下具体实施方式。

实施方式一：使带孔工件沿导向体运动，探测头在孔的入口位置、出口位置所对应的光斑位置是一致的。采样两端点连线法，以孔入口与孔出口拟合孔轴线。根据孔其它部位光斑相对于入口、出口光斑的读数差，推算孔的直线度或其它质量误差。

实施方式二：使带孔工件沿导向体运动，探测头在孔的入口位置、出口位置所对应的光斑位置是一致的。采样最小二乘法法，拟合出孔轴线。由点到直线的距离，推算孔直线度或其它误差。

实施方式三：使带孔工件沿导向体运动，探测头在孔的入口位置、出口位置所对应的光斑位置是不一致的。采样两端点连线法，以孔入口与孔出口拟合孔轴线。由点到直线的距离，推算孔直线度或其它误差。

实施方式四：使带孔工件沿导向体运动，探测头在孔的入口位置、出口位置所对应的光斑位置是不一致的。采样最小二乘法法，拟合出孔轴线。由点到直线的距离，推算孔直线度或其它误差。

实施方式五：使带孔工件沿导向体运动，探测头在孔的入口位置、出口位置所对应的光斑位置是不一致的。根据光斑信息，采样现有技术中其它计算直线度误差的方法，推算孔直线度误差。

光线射向光接收器的具体实施方式有：

实施方式一：光线从孔的外部射向光接收器。

实施方式二：光线从孔的内部射向光接收器。探测头设有通孔，光线穿越所述的通孔。

实施方式三：光线从孔的内部射向光接收器。探测头与孔壁之间有间隙，光线穿越所述的间隙。

与探测杆摆动相关的具体实施方式有：

采用球副、球关节、球轴承；还可以采用以下形式：设置方腔，探测杆末端与方腔接触，在方腔内具有两个旋转自由度。

Claims (10)

1.光学孔检测装置包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、读数部分，其特征在于：人手或驱动部分使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动；探测部分有位于孔内与孔壁接触的零件；探测部分能够绕支点在空间内运动；光学部分的光线及光斑随探测部分的运动而变化；读数部分显示光斑位置或其变换后的信息；光线从孔的外部或内部穿过；光线的长度大于或小于或等于工件的长度；在一次检测中，光发射器与光接收器的距离是不变的；带孔工件或探测部分的运动方向与铅垂线的夹角小于、等于45度。

2.根据权利要求1所述的光学孔检测装置，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有滑动体；所述的探测部分有探测杆、探测头、支座；探测头位于孔内，与孔壁接触；所述的光学部分有光发射器、光线、光接收器；所述的读数部分有显示器；人手或驱动部分带动探测部分或带孔工件沿导向体运动；探测杆能够绕其支点进行空间内的运动，探测头位于探测杆上；探测杆能够随探测头的变化而摆动；光发射器与探测杆连接，所发出的光线射向光接收器；探索杆位置的变化引起光发射器、光线和光接收器上光斑位置发生变化；显示器能够反映光斑位置的变化，运算器为独立装置或与显示器制作为一体；支座位于孔的上方或下方。

3.根据权利要求1所述的光学孔检测装置，其特征在于当光线从带孔工件孔的内部射向光接收器时，探测部分设有通孔，或者探测部分与孔壁之间有间隙，光线穿越所述的通孔或间隙，作用于光学部分。

4.根据权利要求1所述的光学孔检测装置，其特征在于，探测部分位于孔内的一端能够自动适应孔径的变化，探测部分的另一端设置有间隙调整装置。

5.根据权利要求1所述的光学孔检测装置，其特征在于所述的探测部分设有球副或球轴承或球关节；或者使探测杆靠近支点的一端位于方腔内，在方腔内具有两个旋转自由度；或者探测部分具有其它结构，所述的其它结构使探测部分能够绕支点摆动。

6.根据权利要求2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆是整体或分体式，分体式探测杆能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。

7.根据权利要求2所述的光学孔检测装置，其特征在于所述的导向体为机床导轨或其它导向物体，所述滑动体为机床溜板或其它驱动物体。

8.根据权利要求2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆或其延伸、放大部分的外轮廓和防转装置内轮廓具有圆形以外的横截面，当防转装置固定时，两者相对旋转运动受到限制。

9.根据权利要求2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆外部或其延伸、放大部分与弹性物体接触。

10.根据权利要求2所述的光学孔检测装置，其特征在于探测杆或其延伸、放大部分受到电磁力，电磁力矩主分量与探测杆绕孔轴线旋转的趋势相反。