CN112539713B - 一种小口径身管直线度的检测装置及方法 - Google Patents

一种小口径身管直线度的检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小口径身管直线度的检测装置及方法。该装置包括激光器模块、PSD模块和信号处理模块，其中激光器模块包括激光器和调节机构，PSD模块包括PSD、定位机构、推杆和导线，信号处理模块包括信号采集调理电路、信号传输装置和上位机。方法为：激光器模块发出激光束，通过调节机构进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合；PSD模块通过PSD测量光斑位置，通过导线传送至信号处理模块；信号处理模块接收光束打在PSD上产生的电信号，通过信号传输装置传输至上位机，上位机进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。本发明装置简单，体积小巧，适用性强，可适用于不同规格身管的测量。

Description

一种小口径身管直线度的检测装置及方法
技术领域
本发明属于深孔直线度检测技术领域，特别是一种小口径身管直线度的检测装置及方法。
背景技术
深孔孔径测量主要是对深孔直线度、几何量、缺陷位置的确定。目前深孔轴线直线度误差的评定仍然存在一定的困难，工程实践中常通过检测深孔两端壁厚等方法间接估计直线度误差，难以准确把握产品质量，这样的评估手段对于产品加工精度的提高和工艺方案的调整是不利的。
光电检测技术是最近几年日渐兴起的检测技术，可用于对各种孔、管类零件的直线度、几何量参数及加工质量的测量，已经被广泛深入地应用在检测领域的各个方面。目前常用的深孔直线度检测方法包括接触式测量和非接触式的测量两种，其中接触式测量方法有注水法、光栅法、空气赛规法、超声测厚法等；非接触式的测量方法有非接触的电涡流测量法、电感测量法等。但是他们都分别存在很大的弊端：接触式测量精度不高，而且由于测量工具会与深孔工件接触，会严重影响测量精度及效率；非接触式测量则存在干扰大、精度低的问题，并且会与工件本身产生电磁感应及静电屏蔽等物理作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度高、体积小巧、操作方便、能够适应不同深孔测量要求的小口径身管直线度的检测装置及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种小口径身管直线度的检测装置，包括激光器模块、PSD模块和信号处理模块；
所述激光器模块包括激光器和调节机构，用于发出与身管轴线平行的激光束；
所述PSD模块包括PSD、定位机构、推杆和导线，用于测量光斑位置；
所述信号处理模块包括信号采集调理电路、信号传输装置和上位机，用于数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使激光束轴线与身管轴线重合。
进一步地，所述的激光器模块，设置有调节机构，所述调节机构包括气泡水平仪和微米调节旋钮，用于对激光器安装过程中由于人工操作误差或机械加工误差而导致的激光束轴线偏斜进行微调。
进一步地，所述的PSD模块，设置有弹性自适应定心夹具和微力弹片；
所述弹性自适应定心夹具夹住PSD，再将弹性自适应定心夹具与推杆连接，导线置于推杆中，所述推杆用于防止PSD旋转；
所述弹性自适应定心夹具的定心轴套底部设有弹簧连接器，使弹性自适应定心夹具整体能够摆动，避免PSD放入身管时造成PSD或身管内壁破坏；
所述弹性自适应定心夹具通过钢球与身管内壁点接触，并且通过研磨的方式作用于微力弹片，实现定心的微调，通过调节接触钢球部分的微力弹片适应不同规格身管的测量。
进一步地，所述的信号处理模块包括信号采集调理电路、信号传输装置和上位机；
所述信号采集调理电路将PSD四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后，交由信号采集调理电路采集数据，通过信号传输装置将光斑信号上传至上位机中，上位机接收传来的光斑信号，进行存储和运算，直接显示当前身管的直线度，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
一种小口径身管直线度的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合；
步骤2、PSD模块通过PSD测量光斑位置，通过导线传送至信号处理模块；
步骤3、信号处理模块接收光束打在PSD上产生的电信号，通过信号传输装置传输至上位机，上位机进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
进一步地，步骤1所述的固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
将PSD的测量探头放置在火炮身管内靠近激光器的一端，测量当前激光点落在PSD感光面的位置坐标(V1，H1)，然后将激光器包括其轴套整体翻转180°，记录此时激光点位置(V2，H2)，最后分别对水平和竖直坐标作平均，计算公式为：
V0＝(V1+V2)/2,H0＝(H1+H2)/2 (1)
将(V0，H0)作为参考点，分别转动两个微米调节旋钮，直到激光点坐标显示为算得的参考坐标值，然后将激光器翻转回原方位查看此时激光点坐标是否为参考坐标值，若不是则重复以上操作；完成后再将位置传感器测量探头移动到身管内远离激光器的一端，重复以上操作；通过反复微调激光束发射角度，最终使激光束平行入射到身管内。
进一步地，步骤3所述的信号处理模块接收光束打在PSD上产生的电信号，通过信号传输装置传输至上位机，上位机进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
信号采集调理电路将PSD四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后得到光斑信号，通过信号传输装置将光斑信号上传至上位机中，上位机根据光斑在PSD面上的坐标反推出当前圆周面的圆心，将所有圆心拟合出一条最优直线作为孔系中心轴，判断各个待测圆周面相对拟合直线的偏差，结合各待测点求出待测孔系的直线度偏差值，并在上位机的显示终端直接显示当前身管的直线度；所述上位机将参考点(V0，H0)进行保存并显示，将显示的当前坐标值与参考值比对，转动两个微米调节旋钮，使两值相等，来进行光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过调节激光器入射角度使得光束轴线与身管轴线重合，不需要专门的身管安装底座，减小了体积，提高了可携带性；(2)通过调节接触球部分的微力弹片适应不同深孔的测量要求，适用范围广；(3)将信号传输模块置于身管外，解决身管信号屏蔽的问题；(4)通过位机软件简化了校准操作，使得装置更加容易操作。
附图说明
图1是本发明小口径身管直线度的检测装置的结构示意图。
图2是本发明中激光器模块的结构示意图，其中(a)为激光器的结构示意图，(b)为调节机构(2)的结构示意图。
图3是本发明中弹性自动定心夹具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
结合图1，本发明一种小口径身管直线度的检测装置，包括激光器模块、PSD模块和信号处理模块；
所述激光器模块包括激光器1和调节机构2，用于发出与身管轴线平行的激光束；
所述PSD模块包括PSD3、定位机构4、推杆5和导线，用于测量光斑位置；
所述信号处理模块包括信号采集调理电路6、信号传输装置7和上位机8，用于数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使激光束轴线与身管轴线重合。
进一步地，结合图2(a)～(b)，所述调节机构2包括气泡水平仪和微米调节旋钮，用于对激光器1安装过程中由于人工操作误差或机械加工误差而导致的激光束轴线偏斜进行微调。
进一步地，结合图3，所述的PSD模块，设置有弹性自适应定心夹具和微力弹片；
所述弹性自适应定心夹具夹住PSD3，再将弹性自适应定心夹具与推杆5连接，导线置于推杆5中，所述推杆5用于防止PSD3旋转；
所述弹性自适应定心夹具的定心轴套底部设有弹簧连接器，使弹性自适应定心夹具整体能够摆动，避免PSD3放入身管时造成PSD3或身管内壁破坏；
所述弹性自适应定心夹具通过钢球与身管内壁点接触，并且通过研磨的方式作用于微力弹片，实现定心的微调，通过调节接触钢球部分的微力弹片适应不同规格身管的测量。
进一步地，所述的信号处理模块，包括信号采集调理电路6、信号传输装置7和上位机8；
所述信号采集调理电路将PSD3四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后，交由信号采集调理电路6采集数据，通过信号传输装置7将光斑信号上传至上位机8中，上位机8接收传来的光斑信号，进行存储和运算，直接显示当前身管的直线度，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
本发明小口径身管直线度的检测方法，包括以下步骤：
步骤1、固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构2进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合；
步骤2、当PSD面在身管最后端时，由电机匀速地推动推杆，使PSD匀速前进至身管最前端，PSD模块通过PSD 3测量光斑位置，通过导线传送至信号处理模块；
步骤3、信号处理模块接收光束打在PSD 3上产生的电信号，通过信号传输装置7传输至上位机8，上位机8进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
进一步地，步骤1所述的固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构2进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
将PSD 3的测量探头放置在火炮身管内靠近激光器1的一端，测量当前激光点落在PSD 3感光面的位置坐标(V1，H1)，然后将激光器包括其轴套整体翻转180°，记录此时激光点位置(V2，H2)，最后分别对水平和竖直坐标作平均，计算公式为：
V0＝(V1+V2)/2,H0＝(H1+H2)/2 (1)
将(V0，H0)作为参考点，分别转动两个微米调节旋钮，直到激光点坐标显示为算得的参考坐标值，然后将激光器1翻转回原方位查看此时激光点坐标是否为参考坐标值，若不是则重复以上操作；完成后再将位置传感器测量探头移动到身管内远离激光器的一端，重复以上操作；通过反复微调激光束发射角度，最终使激光束平行入射到身管内。
进一步地，步骤3所述的信号处理模块接收光束打在PSD 3上产生的电信号，通过信号传输装置7传输至上位机8，上位机8进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
信号采集调理电路6将PSD3四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后得到光斑信号，通过信号传输装置7将光斑信号上传至上位机8中，上位机8根据光斑在PSD3面上的坐标反推出当前圆周面的圆心，将所有圆心拟合出一条最优直线作为孔系中心轴，判断各个待测圆周面相对拟合直线的偏差，结合各待测点求出待测孔系的直线度偏差值，并在上位机8的显示终端直接显示当前身管的直线度；所述上位机将参考点(V0，H0)进行保存并显示，将显示的当前坐标值与参考值比对，转动两个微米调节旋钮，使两值相等，来进行光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
综上所述，本发明小口径身管直线度的检测装置体积小、便携性强，可以通过调节接触球部分的微力弹片适应不同深孔的测量要求，且信号传输稳定，检测方法简单，容易操作，能够更准、更快、更可靠地完成检测任务，实现自动检测。

Claims (6)

1.一种小口径身管直线度的检测装置，其特征在于，包括激光器模块、PSD模块和信号处理模块；
所述激光器模块包括激光器（1）和调节机构（2），激光器（1）设置于调节机构（2）上，用于发出与身管轴线平行的激光束；
所述PSD模块包括PSD（3）、推杆（5）和导线，用于测量光斑位置；
所述信号处理模块包括信号采集调理电路（6）、信号传输装置（7）和上位机（8），用于数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使激光束轴线与身管轴线重合；
所述的PSD模块，设置有弹性自适应定心夹具和微力弹片；
所述弹性自适应定心夹具夹住PSD（3），再将弹性自适应定心夹具与推杆（5）连接，导线置于推杆（5）中，所述推杆（5）用于防止PSD（3）旋转；
所述弹性自适应定心夹具的定心轴套底部设有弹簧连接器，使弹性自适应定心夹具整体能够摆动，避免PSD（3）放入身管时造成PSD（3）或身管内壁破坏；
所述弹性自适应定心夹具通过钢球与身管内壁点接触，并且通过研磨的方式作用于微力弹片，实现定心的微调，通过调节接触钢球部分的微力弹片适应不同规格身管的测量。
2.根据权利要求1所述的小口径身管直线度的检测装置，其特征在于，所述的激光器模块，设置有调节机构（2），所述调节机构（2）包括气泡水平仪和微米调节旋钮，用于对激光器（1）安装过程中由于人工操作误差或机械加工误差而导致的激光束轴线偏斜进行微调。
3.根据权利要求1所述的小口径身管直线度的检测装置，其特征在于，所述的信号处理模块包括信号采集调理电路（6）、信号传输装置（7）和上位机（8）；
所述信号采集调理电路将PSD（3）四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后，交由信号采集调理电路（6）采集数据，通过信号传输装置（7）将光斑信号上传至上位机（8）中，上位机（8）接收传来的光斑信号，进行存储和运算，直接显示当前身管的直线度，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
4.一种小口径身管直线度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构（2）进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合；
步骤2、PSD模块通过PSD（3）测量光斑位置，通过导线传送至信号处理模块；所述的PSD模块，设置有弹性自适应定心夹具和微力弹片；所述弹性自适应定心夹具夹住PSD（3），再将弹性自适应定心夹具与推杆（5）连接，导线置于推杆（5）中，所述推杆（5）用于防止PSD（3）旋转；所述弹性自适应定心夹具的定心轴套底部设有弹簧连接器，使弹性自适应定心夹具整体能够摆动，避免PSD（3）放入身管时造成PSD（3）或身管内壁破坏；所述弹性自适应定心夹具通过钢球与身管内壁点接触，并且通过研磨的方式作用于微力弹片，实现定心的微调，通过调节接触钢球部分的微力弹片适应不同规格身管的测量；
步骤3、信号处理模块接收光束打在PSD（3）上产生的电信号，通过信号传输装置（7）传输至上位机（8），上位机（8）进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
5.根据权利要求4所述的小口径身管直线度的检测方法，其特征在于，步骤1所述的固定光电测量头，激光器模块发出激光束，通过调节机构（2）进行调节，使激光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
将PSD（3）的测量探头放置在火炮身管内靠近激光器（1）的一端，测量当前激光点落在PSD（3）感光面的位置坐标（V1，H1），然后将激光器包括其轴套整体翻转180°，记录此时激光点位置（V2，H2），最后分别对水平和竖直坐标作平均，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
将（V0，H0）作为参考点，分别转动两个微米调节旋钮，直到激光点坐标显示为算得的参考坐标值，然后将激光器（1）翻转回原方位查看此时激光点坐标是否为参考坐标值，若不是则重复以上转动两个微米调节旋钮的操作；完成后再将位置传感器测量探头移动到身管内远离激光器的一端，重复与PSD（3）的测量探头放置在火炮身管内靠近激光器（1）的一端相同的操作；通过反复微调激光束发射角度，最终使激光束平行入射到身管内。
6.根据权利要求4所述的小口径身管直线度的检测方法，其特征在于，步骤3所述的信号处理模块接收光束打在PSD（3）上产生的电信号，通过信号传输装置（7）传输至上位机（8），上位机（8）进行数据储存和直线度测量，并且辅助光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合，具体如下：
信号采集调理电路（6）将PSD（3）四个电极上传来的电信号进行电压电流变化、数学运算和数模变化后得到光斑信号，通过信号传输装置（7）将光斑信号上传至上位机（8）中，上位机（8）根据光斑在PSD（3）面上的坐标反推出当前圆周面的圆心，将所有圆心拟合出一条最优直线作为孔系中心轴，判断各个待测圆周面相对拟合直线的偏差，结合各待测点求出待测孔系的直线度偏差值，并在上位机（8）的显示终端直接显示当前身管的直线度；所述上位机将参考点（V0，H0）进行保存并显示，将显示的当前坐标值与参考值比对，转动两个微米调节旋钮，使两值相等，来进行光线角度调节，使光束轴线与身管轴线重合。
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