CN110411396B - 一种深孔壁厚在线检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深孔壁厚在线测量装置，在定位气缸作用下，管端定位组件对被测工件进行定位和夹紧，内测量组件的检测杆在推进气缸作用下，使右端的检测头顶住被测工件深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器读取偏差数值I；同时在外测量组件的测量气缸动作下，带动外测量位移传感器下降，测量与外测量头相对应的被测工件深孔外壁面，读取偏差数值II；被测工件的深孔壁厚数值是标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和。本发明特点是利用小气缸的伸缩，既可保持测量前检测杆的轴线与深孔中心一致，又可在测量时放松对检测杆的约束，使检测杆可绕支点转动轴旋转，以使测量头能顶住上壁面。本发明机械结构简单，成本较低。

Description

一种深孔壁厚在线检测装置
技术领域
本发明涉及一种深孔壁厚在线检测装置，用于对被测工件中深孔的壁厚的在线测量。
背景技术
某燃油管产品轴向具有一个深度较深的长孔，由于深孔机械加工过程中，刀具可能会出现跳动，使加工的深孔中心倾斜，造成深孔远端处的管壁厚不均匀，而身处高压工作状态的燃油管，如果壁厚未达到技术指标要求，会导致产品破裂，对运行的车辆会造成事故，因此，生产企业需要对每件加工产品进行壁厚检测。原有的燃油管在深孔加工后，由人工进行检测，为了提高生产效率，有些企业采用自动加工生产线，完成整个产品的全自动加工和输送，在这个生产线上，在机床加工后，产品需要被输送至相应的自动检测台进行在线自动检测，深孔加工后的壁厚在线测量是其中一个测量项目。本发明就是设计一套深孔壁厚在线测量装置，但这个设计需要克服几个困难：1)目前人工检测时一般是采用超声波进行检测的，但是超声波检测需要添加耦合剂才能进行检测，且测量稳定性不够，这样在自动测量中使用不方便。因此，针对这种情况，本发明需要设计一套机械式的深孔壁厚测量装置；2)由于深孔孔径不到15mm，而测量点距管口近300mm，在这样情况下，如何保证测量装置的刚度；3)由于自动输送线上对产品的定位精度不高，因此需要在检测工位对产品进行二次精定位。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种深孔壁厚的在线测量装置，采用管端内、外锥面浮动定位方式实现工件的定心与夹紧，分别用内、外测量组件测量深孔管壁的内壁和外壁相对于标准壁厚的偏差值，经PLC运算后得到待测工件壁厚值。
为了实现上述目的，本发明的构思如下：
被测工件放在顶升装置上，在顶升装置的左侧安装架上固定安装一套内测量组件，在顶升装置的右侧安装架上固定安装一套外测量组件，一套管端定位组件左端固定安装在左安装架右边，右端固定安装在右安装架左边；在管端定位组件的气缸作用下，管端定位组件的外锥面定位块和内锥面顶头向被测工件移动，从而对被测工件进行定位和夹紧；深孔壁厚内测量组件在推进气缸作用下伸出检测杆，检测杆右端的检测头顶住被测工件深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器读取偏差数值I；同时外测量组件的测量气缸动作，带动外测量位移传感器下降，测量与外测量头相对应的被测工件深孔外的壁面，读取偏差数值II；在开始生产之前，需用标准样件对内测量位移传感器和外测量位移传感器进行标定，得到标准壁厚，被测工件的深孔壁厚数值等于标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和。
根据上述发明构思，采用下述技术方案：
一种深孔壁厚在线检测装置，包括一个被测工件、标准样件、一套工件顶升装置、一个左安装架和一个右安装架，在所述工件顶升装置上放置所述被测工件，所述左安装架安装在所述工件顶升装置的左侧，所述左安装架上左边固定安装一套内测量组件，在所述工件顶升装置的右侧固定安装所述右安装架，在所述右安装架上固定安装一套外测量组件，一套管端定位组件左端固定安装在所述左安装架上右边，所述管端定位组件的右端固定安装在所述右安装架的左面；在所述管端定位组件的气缸作用下，所述管端定位组件的外锥面定位块和内锥面顶头向所述被测工件移动，从而对所述被测工件进行定位和夹紧；所述内测量组件在推进气缸作用下伸出检测杆，所述检测杆右端的检测头顶住所述被测工件深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器读取偏差数值I；同时所述外测量组件的测量气缸动作，带动外测量位移传感器下降，测量与所述外测量头相对应的所述被测工件深孔外的壁面，读取偏差数值II；在开始生产之前，需用标准样件对所述内测量位移传感器和所述外测量位移传感器进行标定，得到标准壁厚，所述被测工件的深孔壁厚数值等于标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和显著优势：
利用小气缸的伸缩，既可保持测量前检测杆的轴线与深孔中心一致，又可在测量时放松对检测杆的约束，使检测杆可绕支点转动轴旋转，从而完成对被测工件的内管壁偏差的测量；通过一个夹紧气缸同时对管端内、外锥面浮动定位，使被测工件可脱离生产线上定位销，实现二次定心与夹紧，有效防止定位销受力的疲劳破坏。本发明机械结构简单，成本较低。
附图说明
图1是本发明的总体前视图。
图2是本发明的总体俯视图。
图3是本发明的内测量组件的前视图。
图4是本发明的内测量组件的俯视图。
图5是本发明的外测量组件的前视图。
图6是本发明的管端定位组件的局部剖视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一，参见图1和图2，一种深孔壁厚在线检测装置，包括一个被测工件A、标准样件B、一套工件顶升装置C、一个左安装架J-1和一个右安装架J-2，在所述工件顶升装置C上放置所述被测工件A，所述左安装架J-1安装在所述工件顶升装置C的左侧，所述左安装架J-1上左边固定安装一套内测量组件D，在所述工件顶升装置C的右侧固定安装所述右安装架J-2，在所述右安装架J-2上固定安装一套外测量组件E，一套管端定位组件F左端固定安装在所述左安装架J-1上右边，所述管端定位组件F的右端固定安装在所述右安装架J-2的左面；在所述管端定位组件F的气缸F-5作用下，所述管端定位组件F的外锥面定位块F-16和内锥面顶头F-10向所述被测工件A移动，从而对所述被测工件A进行定位和夹紧；所述内测量组件D在推进气缸D-20作用下伸出检测杆D-7，所述检测杆D-7右端的检测头D-6顶住所述被测工件A深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器D-12读取偏差数值I；同时所述外测量组件E的测量气缸E-3动作，带动外测量位移传感器E-6下降，测量与外测量头E-11相对应的所述被测工件A深孔外的壁面，读取偏差数值II；在开始生产之前，需用标准样件B对所述内测量位移传感器D-12和所述外测量位移传感器E-6进行标定，得到标准壁厚，所述被测工件A的深孔壁厚数值等于标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和。
实施例二，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参见图3和图4，所述内测量组件D的结构是：在所述左安装架J-1上前面的左边固定安装一块检测安装板D-1，所述检测安装板D-1上固定安装一根直线导轨I D-2，所述直线导轨I D-2两端安装第一限位块D-4；所述直线导轨I D-2上滑配安装两块滑块I D-3，所述滑块I D-3上固定安装一个壳体D-19；所述壳体D-19的右边前后两侧分别固定安装一根转动轴D-23，一个U型夹紧块D-8的两侧面分别安装一个轴承D-24，所述轴承D-24分别滑套安装在所述转动轴D-23上，使U型夹紧块D-8能够绕所述转动轴D-23转动；所述U型夹紧块D-8上放置一根检测杆D-7，所述检测杆D-7上压装一个上夹紧块D-10，所述上夹紧块D-10与所述U型夹紧块D-8固定安装，并同时压紧所述检测杆D-7，且所述检测杆D-7通过安装在所述U型夹紧块D-8的一个限位销D-9限制绕轴向的转动；所述检测杆D-7右顶端通过第一圆销D-5安装一个检测头D-6；所述检测杆D-7的左边安装一个测量接触块D-17；所述壳体D-19近左端固定安装一个直线轴承安装座D-14，所述直线轴承安装座D-14内固定安装一个直线轴承D-15，所述直线轴承D-15内滑配安装检测杆尾端夹紧块D-16，所述检测杆尾端夹紧块D-16右端为内锥面结构，所述检测杆D-7左端的外锥面插入所述检测杆尾端夹紧块D-16的内锥面中；所述壳体D-19的左端固定安装一个小气缸D-18，所述小气缸D-18的活塞杆与所述检测杆尾端夹紧块D-16左端固定连接，在没有测量时，所述小气缸D-18伸出，带动所述检测杆尾端夹紧块D-16向左移动，使所述检测杆尾端夹紧块D-16的内锥面与所述检测杆D-7的外锥面脱离一小段距离，所述检测杆D-7处于自由状态；所述壳体D-19左边上方固定安装一个内测量传感器安装板D-13，所述内测量传感器安装板D-13上固定垂直安装一个内测量位移传感器D-12，所述内测量位移传感器D-12的测头顶在所述测量接触块D-17上；在所述壳体D-19上方偏左固定安装一个弹簧压紧装置D-11，用于在测量时能将所述检测杆D-7左端下压，以保持所述检测杆D-7右端的所述检测头D-6能始终与被测工件A内孔的上表面接触；所述弹簧压紧装置D-11的位置在所述内测量传感器安装板D-13的右边；所述壳体D-19前侧板固定安装一个连接块D-22，所述连接块D-22通过一个浮动接头与推进气缸D-20活塞杆相连，所述推进气缸D-20固定安装在一个推进气缸安装架D-21上，所述推进气缸安装架D-21固定安装在所述厚度检测安装板D-1上，当所述推进气缸D-20活塞杆伸出时，带动所述壳体D-19向右移动，使所述检测杆D-7和所述检测头D-6插入所述被测工件A，从而实现相应的孔内测量，所述内测量位移传感器D-12读取相对于标准样件B的偏差数值I。
参见图5，所述外测量组件E的结构是：所述右安装架J-2上后边固定安装一个壁厚外测量安装架E-1，所述壁厚外测量安装架E-1上固定安装一个带导轨的测量气缸安装板E-2，所述测量气缸安装板E-2上安装测量气缸E-3，所述测量气缸E-3滑块上固定安装一个传感器安装座连接板E-4，所述传感器安装座连接板E-4上固定安装一个外测量传感器安装块E-5，所述外测量传感器安装块E-5上固定安装一个外测量位移传感器E-6，所述外测量传感器E-6下方与一个传感器触点块E-7接触，所述传感器触点块E-7下方固定安装一个外测量头E-11，所述外测量头E-11滑配安装在所述传感器安装座连接板E-4下方，一根弹簧E-10套在所述外测量头E-11的杆子外，位置在所述外测量传感器安装块E-5下方和所述外测量头E-11之间，使所述外测量头E-11始终向下有个预压缩量；所述弹簧E-10上方安装弹簧顶盖E-9，所述弹簧顶盖E-9上方安装圆柱管E-8，所述圆柱管E-8在所述弹簧顶盖E-9与所述外测量头E-11之间，起导向作用；当测量时，所述测量气缸E-3滑块下降，带动所述外测量传感器E-6下降，所述外测量头E-11碰到被测工件A外壁面，所述外测量头E-11上顶，使所述外测量位移传感器E-6产生位移读数，读取相对于标准样件B的偏差数值II。
参见图6，所述管端定位组件F的结构是：在所述测量安装板D-1上固定安装一个管端定位底座F-2，在所述管端定位底座F-2的下方固定安装两块滑块II F-3，所述滑块II F-3滑配安装在一根直线导轨II F-1上，所述直线导轨II F-1固定安装在管端外锥面支架F-17的顶板上，所述管端外锥面支架F-17的右端面上固定安装一个外锥面定位块F-16，所述管端外锥面支架F-17顶板上的右边旋套安装一个鱼眼接头I F-4；在所述右安装架J-2上安装底板F-14，所述底板F-14上固定安装一根直线导轨III F-12，所述直线导轨III F-12两端安装第二限位块F-15；所述直线导轨III F-12上滑配安装两个滑块III F-13，所述滑块III F-13上固定安装一个内锥面顶头安装块F-11，所述内锥面顶头安装块F-11与内锥面顶头F-10采用第二圆销F-9连接，一个鱼眼接头II F-7通过一个垫块F-8旋套安装在所述内锥面顶头安装块F-11上方，夹紧气缸F-5尾端固连一个定位驱动连接件F-6，并与所述鱼眼接头II F-7连接，所述夹紧气缸F-5活塞杆端与所述鱼眼接头I F-4相连接；当所述夹紧气缸F-5活塞杆缩回时，同时带动所述外锥面定位块F-16和所述内锥面顶头F-10向被测工件A移动，实现对被测工件A的中心定位和夹紧，当所述夹紧气缸F-5活塞杆伸出时，放松对被测工件A的定位和夹紧。
本实施例的工作原理如下：
本实施例应用于一种深孔壁厚的在线检测，检测时，所述被测工件A被所述顶升装置C顶起，在所述管端定位组件F的气缸F-5作用下，所述管端定位组件F的外锥面定位块F-16和内锥面顶头F-10向所述被测工件A移动，从而对所述被测工件A进行定位和夹紧；所述深孔壁厚内测量组件D在推进气缸D-20作用下伸出检测杆D-7，所述检测杆D-7右端的检测头D-6顶住所述被测工件A深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器D-12读取偏差数值I；同时所述外测量组件E的测量气缸E-3动作，带动外测量位移传感器E-6下降，测量与所述外测量头E-11相对应的所述被测工件A深孔外的壁面，读取偏差数值II；在开始生产之前，需用标准样件B对所述内测量位移传感器D-12和所述外测量位移传感器E-6进行标定，得到标准壁厚，所述被测工件A的深孔壁厚数值等于标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和。

Claims (3)

1.一种深孔壁厚在线检测装置，包括一个被测工件(A)、标准样件(B)、一套工件顶升装置(C)、一个左安装架(J-1)和一个右安装架(J-2)，其特征在于：在所述工件顶升装置(C)上放置所述被测工件(A)，所述左安装架(J-1)安装在所述工件顶升装置(C)的左侧，所述左安装架(J-1)上左边固定安装一套内测量组件(D)，在所述工件顶升装置(C)的右侧固定安装所述右安装架(J-2)，在所述右安装架(J-2)上固定安装一套外测量组件(E)，一套管端定位组件(F)左端固定安装在所述左安装架(J-1)上右边，所述管端定位组件(F)的右端固定安装在所述右安装架(J-2)的左面；在所述管端定位组件(F)的气缸(F-5)作用下，所述管端定位组件(F)的外锥面定位块(F-16)和内锥面顶头(F-10)向所述被测工件(A)移动，从而对所述被测工件(A)进行定位和夹紧；所述内测量组件(D)在推进气缸(D-20)作用下伸出检测杆(D-7)，所述检测杆(D-7)右端的检测头(D-6)顶住所述被测工件(A)深孔内的上壁面，并由内测量位移传感器(D-12)读取偏差数值I；同时所述外测量组件(E)的测量气缸(E-3)动作，带动外测量位移传感器(E-6)下降，测量与外测量头(E-11)相对应的所述被测工件(A)深孔外的壁面，读取偏差数值II；在开始生产之前，需用标准样件(B)对所述内测量位移传感器(D-12)和所述外测量位移传感器(E-6)进行标定，得到标准壁厚，所述被测工件(A)的深孔壁厚数值等于标准壁厚、偏差数值I和偏差数值II之和；所述内测量组件(D)的结构是：在所述左安装架(J-1)上前面的左边固定安装一块厚度检测安装板(D-1)，所述厚度检测安装板(D-1)上固定安装一根直线导轨I(D-2)，所述直线导轨I(D-2)两端安装第一限位块(D-4)；所述直线导轨I(D-2)上滑配安装两块滑块I(D-3)，所述滑块I(D-3)上固定安装一个壳体(D-19)；所述壳体(D-19)的右边前后两侧分别固定安装一根转动轴(D-23)，一个U型夹紧块(D-8)的两侧面分别安装一个轴承(D-24)，所述轴承(D-24)分别滑套安装在所述转动轴(D-23)上，使U型夹紧块(D-8)能够绕所述转动轴(D-23)转动；所述U型夹紧块(D-8)上放置一根检测杆(D-7)，所述检测杆(D-7)上压装一个上夹紧块(D-10)，所述上夹紧块(D-10)与所述U型夹紧块(D-8)固定安装，并同时压紧所述检测杆(D-7)，且所述检测杆(D-7)通过安装在所述U型夹紧块(D-8)的一个限位销(D-9)限制绕轴向的转动；所述检测杆(D-7)右顶端通过第一圆销(D-5)安装一个检测头(D-6)；所述检测杆(D-7)的左边安装一个测量接触块(D-17)；所述壳体(D-19)近左端固定安装一个直线轴承安装座(D-14)，所述直线轴承安装座(D-14)内固定安装一个直线轴承(D-15)，所述直线轴承(D-15)内滑配安装检测杆尾端夹紧块(D-16)，所述检测杆尾端夹紧块(D-16)右端为内锥面结构，所述检测杆(D-7)左端的外锥面插入所述检测杆尾端夹紧块(D-16)的内锥面中；所述壳体(D-19)的左端固定安装一个小气缸(D-18)，所述小气缸(D-18)的活塞杆与所述检测杆尾端夹紧块(D-16)左端固定连接，在测量时，所述小气缸(D-18)缩回，带动所述检测杆尾端夹紧块(D-16)向左移动，使所述检测杆尾端夹紧块(D-16)的内锥面与所述检测杆(D-7)的外锥面脱离一小段距离，所述检测杆(D-7)处于自由状态；所述壳体(D-19)左边上方固定安装一个内测量传感器安装板(D-13)，所述内测量传感器安装板(D-13)上固定垂直安装一个内测量位移传感器(D-12)，所述内测量位移传感器(D-12)的测头顶在所述测量接触块(D-17)上；在所述壳体(D-19)上方偏左固定安装一个弹簧压紧装置(D-11)，用于在测量时能将所述检测杆(D-7)左端下压，以保持所述检测杆(D-7)右端的所述检测头(D-6)能始终与被测工件(A)内孔的上表面接触；所述弹簧压紧装置(D-11)的位置在所述内测量传感器安装板(D-13)的右边；所述壳体(D-19)前侧板固定安装一个连接块(D-22)，所述连接块(D-22)通过一个浮动接头与推进气缸(D-20)活塞杆相连，所述推进气缸(D-20)固定安装在一个推进气缸安装架(D-21)上，所述推进气缸安装架(D-21)固定安装在所述厚度检测安装板(D-1)上，当所述推进气缸(D-20)活塞杆伸出时，带动所述壳体(D-19)向右移动，使所述检测杆(D-7)和所述检测头(D-6)插入所述被测工件(A)，从而实现相应的孔内测量，所述内测量位移传感器(D-12)读取相对于标准样件(B)的偏差数值I。
2.根据权利要求1所述深孔壁厚在线检测装置，其特征在于：所述外测量组件(E)的结构是：所述右安装架(J-2)上后边固定安装一个壁厚外测量安装架(E-1)，所述壁厚外测量安装架(E-1)上固定安装一个带导轨的测量气缸安装板(E-2)，所述测量气缸安装板(E-2)上安装测量气缸(E-3)，所述测量气缸(E-3)滑块上固定安装一个传感器安装座连接板(E-4)，所述传感器安装座连接板(E-4)上固定安装一个外测量传感器安装块(E-5)，所述外测量传感器安装块(E-5)上固定安装一个外测量位移传感器(E-6)，所述外测量传感器(E-6)下方与一个传感器触点块(E-7)接触，所述传感器触点块(E-7)下方固定安装一个外测量头(E-11)，所述外测量头(E-11)滑配安装在所述传感器安装座连接板(E-4)下方，一根弹簧(E-10)套在所述外测量头(E-11)的杆子外，位置在所述外测量传感器安装块(E-5)下方和所述外测量头(E-11)之间，使所述外测量头(E-11)始终向下有个预压缩量；所述弹簧(E-10)上方安装弹簧顶盖(E-9)，所述弹簧顶盖(E-9)上方安装圆柱管(E-8)，所述圆柱管(E-8)在所述弹簧顶盖(E-9)与所述外测量头(E-11)之间，起导向作用；当测量时，所述测量气缸(E-3)滑块下降，带动所述外测量传感器(E-6)下降，所述外测量头(E-11)碰到被测工件(A)外壁面，所述外测量头(E-11)上顶，使所述外测量位移传感器(E-6)产生位移读数，读取相对于标准样件(B)的偏差数值II。
3.根据权利要求1所述深孔壁厚在线检测装置，其特征在于：所述管端定位组件(F)的结构是：在所述厚度检测安装板(D-1)上固定安装一个管端定位底座(F-2)，在所述管端定位底座(F-2)的下方固定安装两块滑块II(F-3)，所述滑块II(F-3)滑配安装在一根直线导轨II(F-1)上，所述直线导轨II(F-1)固定安装在管端外锥面支架(F-17)的顶板上，所述管端外锥面支架(F-17)的右端面上固定安装一个外锥面定位块(F-16)，所述管端外锥面支架(F-17)顶板上的右边旋套安装一个鱼眼接头I(F-4)；在所述右安装架(J-2)上安装底板(F-14)，所述底板(F-14)上固定安装一根直线导轨III(F-12)，所述直线导轨III(F-12)两端安装第二限位块(F-15)；所述直线导轨III(F-12)上滑配安装两个滑块III(F-13)，所述滑块III(F-13)上固定安装一个内锥面顶头安装块(F-11)，所述内锥面顶头安装块(F-11)与内锥面顶头(F-10)采用第二圆销(F-9)连接，一个鱼眼接头II(F-7)通过一个垫块(F-8)旋套安装在所述内锥面顶头安装块(F-11)上方，夹紧气缸(F-5)尾端固连一个定位驱动连接件(F-6)，并与所述鱼眼接头II(F-7)连接，所述夹紧气缸(F-5)活塞杆端与所述鱼眼接头I(F-4)相连接；当所述夹紧气缸(F-5)活塞杆缩回时，同时带动所述外锥面定位块(F-16)和所述内锥面顶头(F-10)向被测工件(A)移动，实现对被测工件(A)的中心定位和夹紧，当所述夹紧气缸(F-5)活塞杆伸出时，放松对被测工件(A)的定位和夹紧。
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