CN112648927B - 柱形回转体壁厚检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工与检测领域，具体涉及柱形回转体壁厚检测方法。将柱形回转体放置于检测方法所用设备的V形块上，沿导轨移动。探测头与孔壁接触或与孔壁之间有气膜。当壁厚变化时，探测杆、探测头、光斑随之变化，由运算显示器获得壁厚。检测方法的步骤有：第一，利用一组已知壁厚的柱形回转体，测定光斑位置、H、h2之间的关系；第二，放置待检测的柱形回转体，启动气源、光源；第三，由计算机获得柱形回转体壁厚或其均值、方差。探测头与孔壁被气膜分开时，摩擦磨损小；检测结果受内孔表面粗糙度的影响小。设备具有放大误差的作用，并可减小光学部分相对旋转对检测结果的不良影响，检测精度、效率较高。
Description
技术领域
本发明属于机械加工与检测领域，具体涉及柱形回转体壁厚检测方法。
背景技术
目前一般采用百分表、千分表、杠杆百分表等机械工具测量柱形回转体的壁厚。现有检测方法多数为为接触式测量，检测工具的摩擦系数大，磨损严重，寿命短。现有检测方法的精度较低，自动化程度低，依靠人工读数，容易产生人为误差，检测效率不高。
发明内容
本发明的目的：克服现有检测方法检测精度不足、检测工具摩擦磨损大、效率不高、工人劳动强度大的问题。
本发明通过以下技术创新点实现。
1.柱形回转体壁厚检测方法包括柱形回转体壁厚检测设备，其特征在于，柱形回转体放置于V形块上，驱动机构带动V形块及柱形回转体沿导轨移动；探测杆上有探测头，探测头与孔壁接触或与孔壁之间有气体，即探测头与孔壁之间有气膜；在柱形回转体运动过程中，当其壁厚有变化时，探测头随之变化，带动探测杆、光发射装置绕支点旋转，光接收装置上的光斑随之变化，运算显示器处理光斑信息，输出柱形回转体的壁厚或壁厚的数理统计结果；设备有遮光罩和主体罩；光线中心和支点中心的设计位置位于柱形回转体所设计的轴线上；探测头不设置气孔或设置气孔，当探测头上设置气孔时，柱形回转体的壁厚H＝H1-h2-H2，其中，H1为探测头到V形块槽底之间的距离，H2为探测头下柱形回转体外表面下母线对应点到V形块槽底之间的距离，h2为探测头到孔壁之间的间隙；有压气体从探测头进气口流入，然后分为两路，其中一路流到探测头与孔壁之间，使探测头与孔壁之间出现间隙，气膜的厚度为h2；另外一路从探测头上的横向出气口流出，流过管道和上支撑进气口，首先进入上支撑与下支撑的气腔，然后从上支撑与下支撑之间的缝隙流出，进入大气中；检测方法的步骤有：第一，利用一组已知壁厚的柱形回转体，测定光斑位置、H、h2之间的关系；第二，放置待检测的柱形回转体，启动气源、光源；第三，根据光斑位置，由计算机获得柱形回转体壁厚或其均值、方差。
2.根据技术创新点1所述的柱形回转体壁厚检测方法，其特征在于，所述的支点为球副或球轴承或圆柱副。
3.根据技术创新点1所述的柱形回转体壁厚检测方法，其特征在于，光学位移检测装置或机械位移检测装置检测柱形回转体相对于基准部分的移动距离。
以下对本发明作进一步说明。
1、导轨不存在误差。对于柱形回转体移动、探测杆静止的情况，检测过程中光发射装置到光敏传感器的距离是固定的，光斑稳定，可排除光源远近变化造成光斑中心变动的不良影响。
2、所设计的光线位置与柱形回转体中心线同轴，支点中心位于柱形回转体设计中心线上。这是比较合理的选择，可避免或减小光学部分绕自身中心线相对柱形回转体旋转所产生的不良影响。如果所设计的光线位置不是位于孔的中心，而是偏离孔的中心，则在检测过程中，有可能出现误判。以下举例说明：假定孔的轴线是理想的、笔直的，也就是说，孔轴线是绝对理想的直线。但是，在检测过程中，对于光线不在孔的中心的情况，如果光线随光发射装置相对于柱形回转体旋转了一定角度(由于检测过程中各种作用力引起扭转变形)，这时光斑位置是变化的。检测过程中容易将这种光斑位置的变化理解为因为壁厚变化所引起，从而产生误判。因此，所设计的光线位置位于孔的中心线上。
3、探测杆和探测头可绕支点在空间内运动，当光接收装置放置较远时，光斑的变动量大于探测头的径向变动量。当支点到探测头的距离越小时，放大作用越是明显。当支点到探测头的距离越大时，放大作用越不明显。
4、探测杆脱离柱形回转体时，上支撑与下支撑之间有气体，可以避免使探测部分损坏或变形。
5、光学位移检测装置(例如激光测距仪)或机械位移检测装置检测柱形回转体的移动距离。可以便于确定各个孔截面的坐标位置及其质量状况。
6、探测头与孔壁直接接触，有可能获得较高的检测精度。其缺点是，探测头容易磨损。因此，可以使探测头与孔壁之间有气膜，减少探测头的磨损，还可以避免孔壁粗糙度对检测结果的影响。
7、H2为探测头下柱形回转体外表面下母线对应点到V形块槽底之间的距离，由于不在孔内，其测量是容易的，采用现有技术即可解决。
8、在测量前，先使探测头与孔壁接触，记录光斑位置。然后，通入设定压力的气体，利用已知壁厚的一组柱形回转体，使探测头上移，记录新的光斑位置，由此可以推算出h2、壁厚、光斑之间的规律性关系。
9、上支撑与下支撑之间的气腔，其面积较大，远远大于探测头下部的面积。如果壁厚增加，探测头与孔壁之间的间隙变小，该处气体压力会增加。由于探测头进气口的进气压力是恒定的，因此，位于上支撑、下支撑之间的气体压力也上升。由于气腔的面积较大，能产生较大的向上的作用力，可以给予探测杆一个向上的力。由于上支撑与下支撑之间的气腔，其面积大，气体给予探测杆的向上的作用力也大，从而使探测杆向上旋转，获得新的平衡。此时光斑也已向上移动了。而当孔的壁厚减小时，探测杆向下旋转，获得新的平衡，光斑向下移动了。结合已获得的光斑与间隙、壁厚之间的规律性，可以由计算机求得被测工件的壁厚。
本发明的有益效果：(1)光斑稳定，排除了光源远近变化造成光斑中心变动的不良影响。(2)尺寸设计适当时，可以使光斑的变动量大于探测头的径向变动量，具有放大误差的作用，分辨率高。因此，本发明检测精度很高。这是现有各个相关的孔的检测技术所没有的。(3)所设计的光线位置位于孔的中心线上，即与孔中心线同轴，可避免或减小光学部分绕自身轴线相对柱形回转体旋转所产生的不良影响。(4)不必将百分表放入孔内，可测量小直径孔，(5)当采用有压气体时，探测头与孔壁之间被气膜分开，实现了非接触式检测，摩擦磨损小。检测结果受内孔表面粗糙度的影响小。
附图说明
图1为柱形回转体壁厚检测方法的示意图。
图中：1-柱形回转体，2-V形块的槽底，3-导轨，4-探测杆，5-探测头，6-主体罩，7-探测头进气口，8-横向出气口，9-上支撑进气口，10-上支撑，11-支点，12-光发射装置，13-光线，14-光接收装置，15-遮光罩，16-运算显示器，17-下支撑，18-V形块，19-驱动机构。
具体实施方式
以下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。
探测头具体实施方式：探测头不带有气孔，探测头直接与孔壁接触；探测头带有气孔，探测头不直接与孔壁接触。
支点实施方式：采用球副或球关节或其它方式。
Claims (3)
1.柱形回转体壁厚检测方法，其特征在于，柱形回转体放置于V形块上，驱动机构带动V形块及柱形回转体沿导轨移动；探测杆上有探测头，探测头与柱形回转体的孔壁接触或与孔壁之间有气体，即探测头与孔壁之间有气膜；在探测杆远离探测头的一端设置有光发射装置，在柱形回转体运动过程中，当其壁厚有变化时，探测头随之变化，带动探测杆、光发射装置绕支点旋转，光接收装置上的光斑随之变化，运算显示器处理光斑信息，输出柱形回转体的壁厚或壁厚的数理统计结果；设备有遮光罩和主体罩；光线中心和支点中心的设计位置位于柱形回转体所设计的轴线上；探测头不设置气孔或设置气孔，当探测头上设置气孔时，柱形回转体的壁厚H＝H1-h2-H2，其中，H1为探测头到V形块槽底之间的距离，H2为探测头下柱形回转体外表面下母线对应点到V形块槽底之间的距离，h2为探测头到孔壁之间的间隙；有压气体从探测头进气口流入，然后分为两路，其中一路流到探测头与孔壁之间，使探测头与孔壁之间出现间隙，气膜的厚度为h2；另外一路从探测头上的横向出气口流出，流过管道和连接于探测杆的上支撑进气口，下支撑位于导轨上，位置与上支撑相对应，气体首先进入上支撑与下支撑的气腔，然后从上支撑与下支撑之间的缝隙流出，进入大气中；检测方法的步骤有：第一，利用一组已知壁厚的柱形回转体，测定光斑位置、H、h2之间的关系；第二，放置待检测的柱形回转体，启动气源、光源；第三，根据光斑位置，由计算机获得柱形回转体壁厚或其均值、方差。
2.根据权利要求1所述的柱形回转体壁厚检测方法，其特征在于，所述的支点为球副或球轴承或圆柱副。
3.根据权利要求1所述的柱形回转体壁厚检测方法，其特征在于，光学位移检测装置或机械位移检测装置检测柱形回转体相对于基准部分的移动距离。
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