CN112378361B - 一种圆管内径和圆度的测量方法与装置 - Google Patents

一种圆管内径和圆度的测量方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆管内径和圆度的测量方法与装置，所述装置包括定心行走单元、测量单元和中心轴，前方定心行走单元、测量单元和后方定心行走单元从左至右安装在中心轴上。本发明通过驱动电机驱动齿轮转动，使得齿轮回转轴承转动，通过齿轮齿条啮合作用，电机安装座在齿条带动下在导轨A上滑动，2个定心行走单元在驱动电机驱动下依靠齿轮啮合作用、齿轮齿条啮合作用带动摩擦轮随电机安装座在深孔内等径涨开，摩擦轮组压紧深孔内壁，实现定心作用，这种结构可适应不同孔径的圆管深孔，使得整个装置对于不同孔径的圆管适应性更强，且更易在孔壁内可靠行走。本发明测量单元增大了测量量程，提高了测量精度。

Description

一种圆管内径和圆度的测量方法与装置
技术领域
本发明涉及圆管几何尺寸测量技术领域，特别是一种圆管内径和圆度的测量方法与装置。
背景技术
目前生产领域中，对于深孔类圆管零件的圆度的测量多是在对内径测量数据进行数据处理从而得到圆度误差；如果想要得到更精确的圆度误差，就需先得到较为精密的内径测量数据。而当前内径测量方法主要有利用内径百分表和通规止规两种测量装置测量，这两种测量方法均为手动测量，不能自动化在线测量，并且测量速度较慢、精度低，而利用通规止规装置甚至只能定性测量，不能得到具体数据；而现有的自动测量装置等存在不能在孔壁内可靠行走，不能更好地适应变截面孔壁等问题。
发明内容
针对背景技术中所提及的问题，本发明要设计一种既测量精确，又能够适应不同孔径且能在孔壁内稳定行走的圆管内径和圆度的测量方法与装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种圆管内径和圆度的测量装置，包括定心行走单元、测量单元和中心轴，所述定心行走单元有两个，分别为前方定心行走单元和后方定心行走单元，所述前方定心行走单元、测量单元和后方定心行走单元从左至右安装在中心轴上；所述前方定心行走单元和后方定心行走单元结构相同、且关于中心轴的横截面反对称；
所述定心行走单元包括导轨安装座、齿轮回转轴承和驱动电机抱箍，所述导轨安装座、齿轮回转轴承和驱动电机抱箍从左至右均安装在中心轴上，所述齿轮回转轴承左端面与导轨安装座右端面接触，驱动电机固定在驱动电机抱箍下方，驱动电机的输出轴上安装齿轮、且齿轮的轮齿与齿轮回转轴承的外齿啮合；所述导轨安装座为等边三角形结构，沿等边三角形结构的各边方向均安装一个导轨A，每个导轨A上装有滑块A，每个滑块A上通过螺栓连接固定安装电机安装座，直流电机安装在电机安装座的上方，齿条安装在电机安装座的下方，且齿条的直齿与齿轮回转轴承的外齿啮合，摩擦轮安装在直流电机的输出轴上、绕输出轴转动，且摩擦轮以驱动电机为动力源、齿轮带动齿轮回转轴承转动转动，齿轮回转轴轴承带动齿条做直线运动，从而带动三个摩擦轮随电机安装座在三个导轨A上滑动相等距离；
所述测量单元包括旋转盘和转台电机，所述旋转盘通过螺栓连接转台电机，转台电机与旋转盘一起安装在中心轴上，旋转盘上通过螺栓连接固定安装有导轨B和定位块，导轨B上装有滑块B，定位架通过螺栓连接安装在滑块B上，位移传感器通过位移传感器安装座安装在定位架上，位移传感器随定位架沿导轨B滑动，随旋转盘绕中心轴转动。
进一步的，所述定位架为L型结构，在与滑块B安装的一端开有一竖直通槽，所述定位块穿过竖直通槽，在竖直通槽下方开有竖直向的腰型孔。
一种圆管内径和圆度的测量装置的使用方法，包括步骤如下：
A、测量前，首先根据基准工件深孔内径大小确定位移传感器测头的位置，沿导轨B滑动定位架调节位移传感器测头的位置，调节定位块的压紧螺栓、使压紧螺栓固定在定位架腰型孔中，从而固定位移传感器的位置，调节完毕后，记录下标定值，即位移传感器当前的测量值L0；
B、测量时，由定心行走单元带动测量单元在被测工件中行进，测量单元完成被测工件待测截面的内径、圆度测量，具体实施步骤如下：
B1、将圆管内径和圆度的测量装置整个置于被测工件内，启动前后两个定心行走单元的6个直流电机，使得6个摩擦轮转动，从而带动整个装置在被测工件内稳定行走；
B2、待整个装置行进设定距离至被测工件待测截面处，6个直流电机停止工作，启动2个驱动电机，在齿轮、齿轮回转轴承和齿条作用下，6个摩擦轮随电机安装座沿导轨A滑动相同距离，直至紧贴被测工件内壁，完成整个装置与被测工件的定心工作；
B3、在定心行走单元支撑下，启动测量单元的转台电机，带动旋转盘绕中心轴转动；在旋转盘转动过程中，每转动一定角度，位移传感器记录一个数据ΔL，且测量单元在同一待测截面旋转多周，记录多组数据，数据传输至后台计算机后结合标定值L0运用最小二乘法进行处理，即得到被测工件当前待测截面内径大小、圆度误差；
B4、在被测工件当前待测截面数据测量完成后，使整个装置移动至下一待测截面重复步骤B1-B3，直至完成整个被测工件所有待测截面的内径与圆度测量，通过后台计算机对各个截面数据整合处理，最终得到被测工件的内径大小与圆度误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明通过驱动电机驱动齿轮转动，通过齿轮啮合作用，使得齿轮回转轴承转动，通过齿轮齿条啮合作用，电机安装座在齿条带动下在导轨A上滑动，2个定心行走单元在驱动电机驱动下依靠齿轮啮合作用、齿轮齿条啮合作用带动摩擦轮随电机安装座在深孔内等径涨开，摩擦轮组压紧深孔内壁，实现定心作用，这种结构可适应不同孔径的圆管深孔，使得整个装置对于不同孔径的圆管适应性更强，且更易在孔壁内可靠行走。
2.本发明测量单元的位移传感器可随定位架在导轨B上滑动，增大了整个装置的测量量程，可应用于多种孔径的圆管内径及圆度测量，且位移传感器可随旋转盘绕中心轴旋转，则在固定截面获取的数据更丰富，提高了装置的测量精度。
附图说明
图1为本发明的主体机构示意图。
图2为本发明的定心行走单元示意图。
图3为本发明的测量单元示意图。
图4为装置行走示意图。
图5为定心行走单元定心实施例。
图6为测量单元测量实施例。
图7为本发明测量方法示意图。
图中：1-定心行走单元、2-测量单元、3-中心轴、4-直流电机、5-电机安装座、6-摩擦轮、7-齿条、8-导轨安装座、9-导轨A、10-滑块A、11-齿轮回转轴承、12-驱动电机抱箍、13-齿轮、14-驱动电机、15-定位架、16-位移传感器、17-位移传器安装座、18-导轨B、19-滑块B、20-定位块、21-旋转盘、22-转台电机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1-7所示，一种圆管内径和圆度的测量装置，包括定心行走单元1、测量单元2和中心轴3，所述定心行走单元1有两个，分别为前方定心行走单元和后方定心行走单元，所述前方定心行走单元、测量单元2和后方定心行走单元从左至右安装在中心轴3上；所述前方定心行走单元和后方定心行走单元结构相同、且关于中心轴的横截面反对称；
所述定心行走单元1包括导轨安装座8、齿轮回转轴承11和驱动电机抱箍12，所述导轨安装座8、齿轮回转轴承11和驱动电机抱箍12从左至右均安装在中心轴3上，所述齿轮回转轴承11左端面与导轨安装座8右端面接触，驱动电机14固定在驱动电机抱箍12下方，驱动电机14的输出轴上安装齿轮13、且齿轮13的轮齿与齿轮回转轴承11的外齿啮合；所述导轨安装座8为等边三角形结构，沿等边三角形结构的各边方向均安装一个导轨A9，每个导轨A9上装有滑块A10，每个滑块A10上通过螺栓连接固定安装电机安装座5，直流电机4安装在电机安装座5的上方，齿条7安装在电机安装座5的下方，且齿条7的直齿与齿轮回转轴承11的外齿啮合，摩擦轮6安装在直流电机4的输出轴上、绕输出轴转动，且摩擦轮6以驱动电机14为动力源、齿轮13带动齿轮回转轴承转动11转动，齿轮回转轴轴承11带动齿条7做直线运动，从而带动三个摩擦轮6随电机安装座6在三个导轨A9上滑动相等距离；
所述测量单元2包括旋转盘21和转台电机22，所述旋转盘21通过螺栓连接转台电机22，转台电机22与旋转盘21一起安装在中心轴3上，旋转盘21上通过螺栓连接固定安装有导轨B18和定位块20，导轨B18上装有滑块B19，定位架15通过螺栓连接安装在滑块B19上，位移传感器16通过位移传感器安装座17安装在定位架15上，位移传感器16随定位架15沿导轨B18滑动，随旋转盘21绕中心轴转动。
进一步的，所述定位架为L型结构，在与滑块B19安装的一端开有一竖直通槽，所述定位块20穿过竖直通槽，在竖直通槽下方开有竖直向的腰型孔。
一种圆管内径和圆度的测量装置的使用方法，包括步骤如下：
A、测量前，首先根据基准工件深孔内径大小确定位移传感器16测头的位置，沿导轨B18滑动定位架15调节位移传感器16测头的位置，调节定位块20的压紧螺栓、使压紧螺栓固定在定位架15腰型孔中，从而固定位移传感器16的位置，调节完毕后，记录下标定值，即位移传感器16当前的测量值L0；
B、测量时，由定心行走单元1带动测量单元2在被测工件23中行进，测量单元2完成被测工件23待测截面的内径、圆度测量，具体实施步骤如下：
B1、将圆管内径和圆度的测量装置整个置于被测工件23内，启动前后两个定心行走单元1的6个直流电机4，使得6个摩擦轮6转动，从而带动整个装置在被测工件23内稳定行走；
B2、待整个装置行进设定距离至被测工件23待测截面处，6个直流电机4停止工作，启动2个驱动电机14，在齿轮13、齿轮回转轴承11和齿条7作用下，6个摩擦轮6随电机安装座5沿导轨A9滑动相同距离，直至紧贴被测工件23内壁，完成整个装置与被测工件23的定心工作；
B3、在定心行走单元1支撑下，启动测量单元2的转台电机22，带动旋转盘21绕中心轴3转动；在旋转盘21转动过程中，每转动一定角度，位移传感器16记录一个数据ΔL，且测量单元2在同一待测截面旋转多周，记录多组数据，数据传输至后台计算机后结合标定值L0运用最小二乘法进行处理，即得到被测工件23当前待测截面内径大小、圆度误差；
B4、在被测工件23当前待测截面数据测量完成后，使整个装置移动至下一待测截面重复步骤B1-B3，直至完成整个被测工件23所有待测截面的内径与圆度测量，通过后台计算机对各个截面数据整合处理，最终得到被测工件23的内径大小与圆度误差。
本发明通过驱动电机4驱动齿轮13转动，通过齿轮啮合作用，使得齿轮回转轴承11转动，通过齿轮齿条啮合作用，电机安装座5在齿条7带动下在导轨A9上滑动，2组定心行走单元在驱动电机4驱动下依靠齿轮啮合作用、齿轮齿条啮合作用带动摩擦轮6随电机安装座5在深孔内等径涨开，摩擦轮组压紧深孔内壁，实行定心作用，这种结构可适应不同孔径的圆管深孔，使得整个装置对于不同孔径的圆管适应性更强，且更易在孔壁内可靠行走。测量单元的位移传感器可随定位架在导轨B18上滑动，增大了装置的测量量程，可应用于多种孔径的圆管内径及圆度测量，且位移传感器可随旋转盘绕中心轴旋转，则在固定截面获取的数据更丰富，提高了装置的测量精度。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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 (3)

1.一种圆管内径和圆度的测量装置，其特征在于：包括定心行走单元(1)、测量单元(2)和中心轴(3)，所述定心行走单元(1)有两个，分别为前方定心行走单元和后方定心行走单元，所述前方定心行走单元、测量单元(2)和后方定心行走单元从左至右安装在中心轴(3)上；所述前方定心行走单元和后方定心行走单元结构相同、且关于中心轴的横截面反对称；
所述定心行走单元(1)包括导轨安装座(8)、齿轮回转轴承(11)和驱动电机抱箍(12)，所述导轨安装座(8)、齿轮回转轴承(11)和驱动电机抱箍(12)从左至右均安装在中心轴(3)上，所述齿轮回转轴承(11)左端面与导轨安装座(8)右端面接触，驱动电机(14)固定在驱动电机抱箍(12)下方，驱动电机(14)的输出轴上安装齿轮(13)、且齿轮(13)的轮齿与齿轮回转轴承(11)的外齿啮合；所述导轨安装座(8)为等边三角形结构，沿等边三角形结构的各边方向均安装一个导轨A(9)，每个导轨A(9)上装有滑块A(10)，每个滑块A(10)上通过螺栓连接固定安装电机安装座(5)，直流电机(4)安装在电机安装座(5)的上方，齿条(7)安装在电机安装座(5)的下方，且齿条(7)的直齿与齿轮回转轴承(11)的外齿啮合，摩擦轮(6)安装在直流电机(4)的输出轴上、绕输出轴转动，且摩擦轮(6)以驱动电机(14)为动力源、齿轮(13)带动齿轮回转轴承 (11)转动，齿轮回转轴轴承(11)带动齿条(7)做直线运动，从而带动三个摩擦轮(6)随电机安装座(6)在三个导轨A(9)上滑动相等距离；
所述测量单元(2)包括旋转盘(21)和转台电机(22)，所述旋转盘(21)通过螺栓连接转台电机(22)，转台电机(22)与旋转盘(21)一起安装在中心轴(3)上，旋转盘(21)上通过螺栓连接固定安装有导轨B(18)和定位块(20)，导轨B(18)上装有滑块B(19)，定位架(15)通过螺栓连接安装在滑块B(19)上，位移传感器(16)通过位移传感器安装座(17)安装在定位架(15)上，位移传感器(16)随定位架(15)沿导轨B(18)滑动，随旋转盘(21)绕中心轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种圆管内径和圆度的测量装置，其特征在于：所述定位架为L型结构，在与滑块B(19)安装的一端开有一竖直通槽，所述定位块(20)穿过竖直通槽，在竖直通槽下方开有竖直向的腰型孔。
3.一种圆管内径和圆度的测量装置的使用方法，其特征在于：包括步骤如下：
A、测量前，首先根据基准工件深孔内径大小确定位移传感器(16)测头的位置，沿导轨B(18)滑动定位架(15)调节位移传感器(16)测头的位置，调节定位块(20)的压紧螺栓、使压紧螺栓固定在定位架(15)腰型孔中，从而固定位移传感器(16)的位置，调节完毕后，记录下标定值，即位移传感器(16)当前的测量值L0；
B、测量时，由定心行走单元(1)带动测量单元(2)在被测工件(23)中行进，测量单元(2)完成被测工件(23)待测截面的内径、圆度测量，具体实施步骤如下：
B1、将圆管内径和圆度的测量装置整个置于被测工件(23)内，启动前后两个定心行走单元(1)的6个直流电机(4)，使得6个摩擦轮(6)转动，从而带动整个装置在被测工件(23)内稳定行走；
B2、待整个装置行进设定距离至被测工件(23)待测截面处，6个直流电机(4)停止工作，启动2个驱动电机(14)，在齿轮(13)、齿轮回转轴承(11)和齿条(7)作用下，6个摩擦轮(6)随电机安装座(5)沿导轨A(9)滑动相同距离，直至紧贴被测工件(23)内壁，完成整个装置与被测工件(23)的定心工作；
B3、在定心行走单元(1)支撑下，启动测量单元(2)的转台电机(22)，带动旋转盘(21)绕中心轴(3)转动；在旋转盘(21)转动过程中，每转动一定角度，位移传感器(16)记录一个数据ΔL，且测量单元(2)在同一待测截面旋转多周，记录多组数据，数据传输至后台计算机后结合标定值L0运用最小二乘法进行处理，即得到被测工件(23)当前待测截面内径大小、圆度误差；
B4、在被测工件(23)当前待测截面数据测量完成后，使整个装置移动至下一待测截面重复步骤B1-B3，直至完成整个被测工件(23)所有待测截面的内径与圆度测量，通过后台计算机对各个截面数据整合处理，最终得到被测工件(23)的内径大小与圆度误差。
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