CN111121692B - 一种超深孔测量组件及其三坐标测量机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超深孔测量组件及其三坐标测量机。超深孔测量组件包括：传感器、加长杆、配重结构和测头座；传感器用于探测所述超深孔的结构特征；传感器设置在所述加长杆的一端；配重结构可移动地设置在所述加长杆上；测头座可移动式连接在所述加长杆上且位于所述传感器与所述配重结构之间，用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中的位置。本发明解决了现有测量装置无法对超深孔内部进行测量的难题，具有广泛的应用前景。

Description

一种超深孔测量组件及其三坐标测量机

技术领域

本发明涉及超深孔测量技术领域，特别是涉及一种超深孔测量组件及其三坐标测量机。

背景技术

大长径比超深孔典型零件包括但不限于航空发动机空心轴、油缸、炮管等，随着大长径比超深孔零件设计精度要求的提高，对此类零件检测的要求也逐渐提高，传统检具如内径千分尺等只能对内孔直径进行测量，无法得到形位公差数据(如圆柱度、直线度等)，且当内孔达到一定深度时无法进行测量。

坐标测量技术主要应用于几何量。任何形状都是由空间点组成的，理论上所有几何量测量都可以归结为空间点的测量。因此精确地进行空间点坐标采集，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，经过数学运算可得出其形状、位置及其他几何量数据。

三坐标测量机是基于坐标测量技术的一种高效率精密测量仪器。其主要由主机、测头、电气系统及软件等部分构成，其中测头根据不同原理，通过接触或非接触的方式采集被测件上测量点的空间坐标。三坐标测量机在检测普通深孔类零件时，不仅能得到其内径，同时能对该零件内孔的圆柱度等形位公差进行评价，对比传统检具有明显优势。

三坐标测量机测量时，一般通过传感器以接触或非接触方式来完成被测点空间坐标的收集，为后续计算机处理提供数据。现有测头无法伸入到超深孔零件内孔中(通常深度超过800mm，长径比超过100)，故现有方式无法满足该类零件的测量需求。鉴于此，如何开发一种适用于超深孔测量的超深孔测量组件及具有其的三坐标测量机是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例第一方面提供了一种超深孔测量组件，包括传感器、加长杆、配重结构和测头座。解决了现有测量装置无法对超深孔内部进行测量的难题

本发明实施例第二方面提供了一种具有本发明实施例第一方面超深孔测量组件的三坐标测量机。解决了现有测量装置无法对超深孔内部进行测量的难题

(2)技术方案

本发明的实施例第一方面提出了一种超深孔测量组件，包括：传感器、加长杆、配重结构和测头座；传感器用于探测所述超深孔的结构特征；传感器设置在所述加长杆的一端；配重结构可移动地设置在所述加长杆上；测头座可移动式连接在所述加长杆上且位于所述传感器与所述配重结构之间，用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中的位置。

进一步地，所述加长杆的长度不低于800mm。

进一步地，所述配重结构包括配重块，所述配重块上设有第一螺纹孔和用于所述加长杆穿过的第一通孔，所述第一螺纹孔从所述配重块表面延伸至所述第一通孔内。

进一步地，所述第一螺纹孔与所述第一通孔垂直设置。

进一步地，所述测头座包括：水平定位组件和垂直定位组件；水平定位组件用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中水平方向的位置；垂直定位组件与所述水平定位组件连接，用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中竖直方向的位置；所述垂直定位组件可移动式连接在所述加长杆上且位于所述传感器与所述配重结构之间。

进一步地，所述水平定位组件包括：安装座和竖直设置的水平偏转轴；所述安装座上设有相对设置的第一弹性夹紧件和第二弹性加紧件，所述第一弹性夹紧件和所述第二弹性加紧件的一端固接在所述安装座上，所述第一弹性夹紧件的另一端设有第二螺纹孔，所述第二弹性加紧件的另一端设有第四通孔，所述第二螺纹孔与所述第四通孔同轴设置，且所述第四通孔的孔径不小于所述第二螺纹孔的孔径；所述第一弹性夹紧件和所述第二弹性加紧件的中间部位设有凹槽，所述水平偏转轴可插入式设置在所述凹槽内。

进一步地，所述安装座上还设有第二通孔，所述第二通孔与所述第四通孔同轴设置，且所述第二通孔的直径不小于所述第四通孔的直径。

进一步地，所述垂直定位组件包括：测头座壳体，所述水平偏转轴的下端固接在所述测头座壳体上，所述测头座壳体上设有与所述加长杆平行设置的变形槽，所述变形槽开口朝向所述配重结构的一端，且所述测头座壳体上设有与所述变形槽垂直设置的第三螺纹孔，所述第三螺纹孔依次穿过所述测头座壳体的上端面和所述变形槽后延伸在所述测头座壳体内。

进一步地，所述测头座壳体上设有用于所述加长杆穿过的第三通孔、第五通孔和第四螺纹孔，所述第五通孔从所述测头座壳体下表面延伸至所述第三通孔，所述第四螺纹孔设置在所述第三通孔相对所述第五通孔的另一端，且与所述第五通孔同轴设置。

本发明的实施例第二方面提出了一种具有本发明实施例第一方面的超深孔测量组件。

(3)有益效果

本发明的超深孔测量组件可以方便地对不同深度的超深孔内部特征进行测量；工作中测量组件的稳定性好，调节方便；且测量用的传感器在测头座的调节下可以在深入长度和角度方向上进行调节，以适应不同的测量位置；本发明解决了现有测量装置无法对超深孔内部进行测量的难题，具有广泛的应用前景。

除此之外，本发明可以通过测头座调整加长杆的工作长度，并可通过测头座调整加长杆的俯仰角度、偏转角度使其找正，可以满足不同超深孔的测量需求；且进一步地，本发明的测量组件还可通过测头座与不同型号、不同类型的测量机进行连接，应用范围更加的广泛。

本发明三坐标测量机在测量组件的配合下可以实现对超深孔内结构特征的探测，解决了现有设备无法对超深孔内特征探测的难题，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件的主视结构示意图。

图2是本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件中配重结构的剖视结构示意图。

图3是本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件中水平定位组件的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件中测头座的剖视结构示意图。

图5是本发明实施例第二方面的一种三坐标测量机的结构示意图。

图中：三坐标测量机1000；

超深孔测量组件100；

传感器1；

加长杆2；

配重结构3、配重块31、第一螺纹孔32、第一通孔33、配重调节螺钉34；

测头座4、水平定位组件41、安装座411、水平偏转轴412、第一弹性夹紧件413、第二弹性加紧件414、第二螺纹孔415、凹槽416、偏转角度调节螺钉417、第二通孔418、第四通孔419、垂直定位组件42、测头座壳体421、变形槽422、第三螺纹孔423、俯仰角度调节螺钉424、第三通孔425、第四螺纹孔426、长度调节螺钉427、第五通孔428。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1-附图5并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图1所示，根据本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件100，包括：传感器1、加长杆2、配重结构3和测头座4；其中传感器1用于探测超深孔的结构特征；传感器1设置在加长杆2的一端；配重结构3可移动地设置在加长杆2上；测头座4可移动式连接在加长杆2上且位于传感器1与配重结构3之间，用于调节并定位传感器1在超深孔中的位置。

本发明实施例用于对超深孔测量时，首先将用于探测超深孔的结构特征的传感器1设置在加长杆2的一端，设置的传感器1可以用于探测超深孔的结构特征，将探测到超深孔内点的坐标数值传递至处理系统(如计算机)中进行数据处理，拟合形成测量元素，经过数学运算可得出其形状、位置及其他几何量数据。而设置的加长杆2有利于将传感器1深入到超深孔内，解决了现有测量装置无法深入超深孔的难题；同时，测头座4用于调节并定位传感器1在超深孔中的位置，在实际测量时，传感器1需要在超深孔内进行移动和调节，以便对超深孔内所有点的坐标数据进行采集，这就需要测头座4调节加长杆2角度、深入的深度，将传感器1调节至超深孔中需要检测的部位。

当然，除此之外，通常测头座4一般连接在如本发明实施例第二方面所述的三坐标测量机1000的运动结构上，因此测头座4只需要将加长杆2水平方向伸入至超深孔内即可，三坐标测量机1000的运动结构可以驱动测头座4来调节加长杆2的伸入位置，实现对传感器1位置的调节。

且在加长杆2上还设置有配重结构3，由于加长杆2一般较长，传感器1固定在加长杆2容易造成加长杆2一端向下的力较大，因此在加长杆2位于测头座4的另一侧设置有配重结构3，可以平衡传感器1向下的力，使得加长杆2在使用中更加的平衡。同时，本申请中的配重结构3可以进行移动，便于调节配重结构3与测头座4的距离，从而平衡测头座4两端的力，使得测头座4两端的力矩保持相等，有利于保持加长杆2保持平衡；除此之外测头座4与加长杆2可移动式连接，可以方便调节加长杆2位于传感器1一侧的长度，便于加长杆2能深入不同深度的超深孔。

综上所述，本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件100可以方便地对不同深度的超深孔内部特征进行测量；工作中测量组件100的稳定性好，调节方便；且测量用的传感器1在测头座4的调节下可以在深入长度和角度方向上进行调节，以适应不同的测量位置；本发明实施例解决了现有测量装置无法对超深孔内部进行测量的难题，具有广泛的应用前景。

具体地，根据本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件100中的加长杆2的长度不低于800mm。现有传感器1无法伸入到深度超过800mm的超深孔零件内孔中，故现有方式无法满足该类零件的测量需求。当加长杆2的长度不低于800mm可以有效确保传感器1能深入到深度超过800mm的超深孔零件内孔中，实现对超深孔的测量。

进一步地，参阅附图1和附图2所示，本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件100中，配重结构3可以包括配重块31，配重块31上可以设有第一螺纹孔32和用于加长杆2穿过的第一通孔33，第一螺纹孔32从配重块31表面延伸至第一通孔33内。首先，为便于配重块31在加长杆2上可移动，在配重块31设置了用于加长杆2穿过的第一通孔33，这样配重块31可以在加长杆2上自由地进行移动；随后，移动到某一位置时，为防止配重块发生移动，在配重块的上设有第一螺纹孔32，且第一螺纹孔32从配重块31表面延伸至第一通孔33内；这样可以通过一个与第一螺纹孔32螺纹连接的配重调节螺钉34旋进至第一螺纹孔32内，配重调节螺钉34的末端便会顶在第一通孔33内的加长杆2上，实现固定加长杆2与配重块31的目的。

具体地，参阅附图1和附图2所示，本发明实施例第一方面的一种超深孔测量组件100中，第一螺纹孔32与第一通孔33可以垂直设置。第一螺纹孔32与第一通孔33垂直设置以后，旋进的配重调节螺钉34的末端与加长杆2的接触面最大，起到的固定效果更好。

进一步地，参阅附图1所示，本发明实施例第一方面的又一种超深孔测量组件100中，测头座4可以包括：水平定位组件41和垂直定位组件42；其中水平定位组件41用于调节并定位传感器1在超深孔中水平方向的位置；垂直定位组件42与水平定位组件41连接，用于调节并定位传感器1在超深孔中竖直方向的位置；垂直定位组件42可移动式连接在加长杆2上且位于传感器1与配重结构3之间。如前所述，传感器1在超深孔内的深入深度主要依靠加长杆2深入的深度，而加长杆2深入的深度主要依靠加长杆2与测头座4连接位置的调节；当传感器1在超深孔内深入到某一位置时，需要对该位置周围的点的坐标数据采集采集，所以需要传感器1在水平和垂直方向上进行移动以便于将该位置周围的点的坐标数据都能采集得到。因此，水平定位组件41和垂直定位组件42的设置可以便于传感器1在某一位置采集该位置附近的点的坐标信息，从而完成对该位置点附近点的测量工作。

具体地，参阅附图1和附图3所示，本发明实施例第一方面的又一种超深孔测量组件100中，水平定位组件41可以包括：安装座411和竖直设置的水平偏转轴412；安装座411上设有相对设置的第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414，第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414的一端固接在安装座411上，第一弹性夹紧件413的另一端设有第二螺纹孔415，第二弹性加紧件414的另一端设有第四通孔419，第二螺纹孔415与第四通孔419同轴设置，且第四通孔419的孔径不小于第二螺纹孔415的孔径；第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414的中间部位设有凹槽416，水平偏转轴412可插入式设置在凹槽416内。凹槽416一般优选为半圆形结构，这样当第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414合在一起时，相对的凹槽416便会组成一个圆形结构；而为旋转方便，水平偏转轴412一般优选为圆柱体结构，这样水平偏转轴412的上端连接在凹槽416内以后，由于第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414的一端固接在安装座411上，将第一弹性夹紧件413和第二弹性加紧件414的另一端相互靠近以后便可以将水平偏转轴412包覆在凹槽416内；且为牢固将水平偏转轴412包覆在凹槽416内，一般凹槽416的直径应等于水平偏转轴412的直径。而第一弹性夹紧件413的设置的第二螺纹孔415与第二弹性加紧件414另一端设置的第四通孔419处于同一轴线上，因此，可以旋紧或旋松连接在第二螺纹孔415、第四通孔419内的偏转角度调节螺钉417实现固定或松开水平偏转轴412的目的。例如，需要调节水平偏转轴412的转动角度时，可以松动偏转角度调节螺钉417，这样第一弹性夹紧件413、第二弹性加紧件414在自身弹性作用下发生形变，彼此位置相对后撤，凹槽416包覆水平偏转轴412的力也会减小，这样水平偏转轴412可以方便地进行转动；当水平偏转轴412转动到适宜角度需要进行固定时，可以旋紧偏转角度调节螺钉417，随着偏转角度调节螺钉417旋入第二螺纹孔415时，第一弹性夹紧件413、第二弹性加紧件414的位置彼此靠近，将水平偏转轴412牢牢包覆在凹槽416内；具体地，第四通孔419的孔径不小于第二螺纹孔415的孔径便于偏转角度调节螺钉417的旋入。

具体地，参阅附图1和附图3所示，本发明实施例第一方面的又一种超深孔测量组件100中，安装座411上还可以设有第二通孔418，第二通孔418与第四通孔419同轴设置，且第二通孔418的直径不小于第四通孔419的直径。第二通孔418的设置便于偏转角度调节螺钉417方便地旋进第二螺纹孔415中，也方便偏转角度调节螺钉417的取出；同时，为保证偏转角度调节螺钉417的旋进和取出，其直径应不小于第二螺纹孔415的直径，以便部分偏转角度调节螺钉417拥有圆头、六角头等直径较大的头部能顺利进入。

具体地，参阅附图1和附图4所示，本发明实施例第一方面的又一种超深孔测量组件100中，垂直定位组件42可以包括：测头座壳体421，水平偏转轴412的下端固接在测头座壳体421上，测头座壳体421上设有与加长杆2平行设置的变形槽422，变形槽422开口朝向配重结构3的一端，且测头座壳体421上设有与变形槽422垂直设置的第三螺纹孔423，第三螺纹孔423依次穿过测头座壳体421的上端面和变形槽422后延伸在测头座壳体421内。如附图4所示，本发明实施例在测头座壳体421上设置有变形槽422，当加长杆2与测头座4连接以后，变形槽422在加长杆2以及连接在加长杆2上的传感器1、配重结构3重力作用下会发生变形，该变形会导致加长杆2靠近传感器1的一端向上翘起。因此在测头座壳体421位于变形槽422的上端面设有第三螺纹孔423，且第三螺纹孔423穿过变形槽422的上下端面，这样可以利用旋进入第三螺纹孔423的俯仰角度调节螺钉424将测头座壳体421位于变形槽422上下端面给连接起来。此后，进一步旋进俯仰角度调节螺钉424，俯仰角度调节螺钉424便会将变形槽422上下两端的测头座壳体421压缩变形，彼此位置持续靠近，从而靠近传感器1一端的加长杆2便会持续向下移动，加长杆2翘起的角度会逐渐降低；进一步地，随着俯仰角度调节螺钉424的继续旋入，测头座壳体421压缩变形会进一步加剧，此时加长杆2靠近传感器1一端便会有向下倾斜的趋势。从而实现了对传感器1垂直方向进行调节和定位的目的。

具体地，参阅附图1和附图4所示，本发明实施例第一方面的又一种超深孔测量组件100中，测头座壳体421上设有用于加长杆2穿过的第三通孔425、第五通孔428和第四螺纹孔426，第五通孔428从测头座壳体421下表面延伸至第三通孔425，第四螺纹孔426设置在第三通孔425相对第五通孔428的另一端，且与第五通孔428同轴设置，加长杆2以穿过第三通孔425的方式与测头座4进行连接，并依靠旋进第五通孔428、第四螺纹孔426的长度调节螺钉427进行固定，这样可以旋松或旋紧长度调节螺钉427实现加长杆2长度的调整和固定；进一步地，为提高加长杆2与测头座壳体421的连接效果，长度调节螺钉427可以设有两个，两个长度调节螺钉427分别与对应的第四螺纹孔426连接。

参阅附图5所示，根据本发明实施例第二方面的一种三坐标测量机1000，包括本发明实施例第一方面任一项的超深孔测量组件100，其中测量组件100上的测头座4与三坐标测量机1000的机械移动部件连接，测量组件100上的传感器1与三坐标测量机1000的数据采集部件连接，测量组件100可以在三坐标测量机1000的驱动下深入超深孔内部，实现对超深孔内部各点位特征的采集。其中测量组件100的工作原理如本发明实施例第一方面所述，在此就不再赘述。

本发明实施例的三坐标测量机1000在测量组件100的配合下可以实现对超深孔内结构特征的探测，解决了现有设备无法对超深孔内特征探测的难题，具有广泛的应用前景。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种超深孔测量组件，其特征在于，包括：

传感器，用于探测所述超深孔的结构特征；

加长杆，所述传感器设置在所述加长杆的一端；

配重结构，可移动地设置在所述加长杆上；

测头座，可移动式连接在所述加长杆上且位于所述传感器与所述配重结构之间，用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中的位置；

所述测头座包括：水平定位组件和垂直定位组件，所述水平定位组件用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中水平方向的位置；所述垂直定位组件与所述水平定位组件连接，用于调节并定位所述传感器在所述超深孔中竖直方向的位置；所述垂直定位组件可移动式连接在所述加长杆上且位于所述传感器与所述配重结构之间；所述水平定位组件包括：安装座和竖直设置的水平偏转轴；所述安装座上设有相对设置的第一弹性夹紧件和第二弹性加紧件，所述第一弹性夹紧件和所述第二弹性加紧件的一端固接在所述安装座上，所述第一弹性夹紧件的另一端设有第二螺纹孔，所述第二弹性加紧件的另一端设有第四通孔，所述第二螺纹孔与所述第四通孔同轴设置，且所述第四通孔的孔径不小于所述第二螺纹孔的孔径；所述第一弹性夹紧件和所述第二弹性加紧件的中间部位设有凹槽，所述水平偏转轴可插入式设置在所述凹槽内。

2.根据权利要求1所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述加长杆的长度不低于800mm。

3.根据权利要求1所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述配重结构包括配重块，所述配重块上设有第一螺纹孔和用于所述加长杆穿过的第一通孔，所述第一螺纹孔从所述配重块表面延伸至所述第一通孔内。

4.根据权利要求3所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述第一螺纹孔与所述第一通孔垂直设置。

5.根据权利要求1所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述安装座上还设有第二通孔，所述第二通孔与所述第四通孔同轴设置，且所述第二通孔的直径不小于所述第四通孔的直径。

6.根据权利要求1所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述垂直定位组件包括：

测头座壳体，所述水平偏转轴的下端固接在所述测头座壳体上，所述测头座壳体上设有与所述加长杆平行设置的变形槽，所述变形槽开口朝向所述配重结构的一端，且所述测头座壳体上设有与所述变形槽垂直设置的第三螺纹孔，所述第三螺纹孔依次穿过所述测头座壳体的上端面和所述变形槽后延伸在所述测头座壳体内。

7.根据权利要求6所述的一种超深孔测量组件，其特征在于，所述测头座壳体上设有用于所述加长杆穿过的第三通孔、第五通孔和第四螺纹孔，所述第五通孔从所述测头座壳体下表面延伸至所述第三通孔，所述第四螺纹孔设置在所述第三通孔相对所述第五通孔的另一端，且与所述第五通孔同轴设置。

8.一种三坐标测量机，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的超深孔测量组件。

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