CN113218334A - 一种枪管内膛尺寸测量机及测量方法 - Google Patents

一种枪管内膛尺寸测量机及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种枪管内膛尺寸测量机，包括龙门框架、光谱共焦传感器和控制器，所述龙门框架上其中一侧设有用于固定待测量枪管且带动待测量枪管转动的定位回转装置，所述龙门框架上靠近顶部且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的Z向移动装置，所述Z向移动装置侧面且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的传感器安装组件，所述光谱共焦传感器设置于所述传感器安装组件上，所述光谱共焦传感器通过光纤与控制器连接。本发明采用光谱共焦原理，能实现枪管的定位旋转以及内膛尺寸参数的测量。

Description

一种枪管内膛尺寸测量机及测量方法
技术领域
本发明属于枪管内膛尺寸测量领域，具体涉及一种枪管内膛尺寸测量机及测量方法。
背景技术
目前，枪管内膛尺寸测量一般采用光电方法、射线方法或光学图像方法(工业内窥镜法)完成。但，针对小口径枪械而言，由于枪管最小口径为5.56毫米，无法采用光电测量。同时，射线方法系统成本过高，测量效率太低。光学图像方法(工业内窥镜法)应用在枪管内膛测量，主要存在以下两个困难：
1)由于CCD摄像头成像的是一个区域图像(44万像素)，当摄像头沿X管轴线方向运动，连续拍照会带来图像层叠。如何把前后拍摄的层叠图像分割开，得到X管内腔完整图像，再通过图像分析，得到相关尺寸参数，相关的算法及软件开发难度大。如果图像处理不好，将直接导致后续基于图像处理所得到的尺寸值失真。
2)无论采用三维立体双物镜测量镜头或普通双物镜立体测量镜头，镜头FOV(视角)的主流水平处在96°-110°的区间，效果最好的也只能达到120°。理论上，镜头需要旋转三次，才能成像一个圆周。所以，测量装置机械结构上，需要配合枪管轴向方向的进给运动和枪管圆周的旋转运动。所以，设备机械结构并不简化，效率优势不明显。
因此，需要一种新的方法以及与该方法配合的新的设备，以满足小口径枪械的内部尺寸测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种枪管内膛尺寸测量机及测量方法，采用光谱共焦原理，能实现枪管的定位旋转以及内膛尺寸参数的测量。
本发明所采用的技术方案是：一种枪管内膛尺寸测量机，包括龙门框架、光谱共焦传感器和控制器，所述龙门框架上其中一侧设有用于固定待测量枪管且带动待测量枪管转动的定位回转装置，所述龙门框架上靠近顶部且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的Z向移动装置，所述Z向移动装置侧面且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的传感器安装组件，所述光谱共焦传感器设置于所述传感器安装组件上，所述光谱共焦传感器通过光纤与控制器连接。
其中一个实施例中，所述龙门框架包括载物台，所述载物台上表面对称设有两立柱，两所述立柱顶部设有横梁。
其中一个实施例中，所述定位回转装置包括设置于载物台上表面的定位柱和设置于载物台顶部且位于定位柱其中一侧的转台，所述定位柱靠近转台的一侧通过连接块设有固定待测量枪管上端面的的上夹具，所述连接块相对定位柱沿Z轴方向位移，所述转台上设有固定待测量枪管下端面的的下夹具。
其中一个实施例中，所述上夹具包括夹具本体，所述夹具本体内部设有固定待测量枪管上端面且可供传感器安装组件通过的夹具通孔。
其中一个实施例中，所述夹具本体其中一端端面围绕其轴线开有数条沿轴线方向延伸至夹具本体中部的轴向通槽，数条所述轴向通槽将夹具本体分割成数个固定块。
其中一个实施例中，数条所述轴向通槽远离夹具本体端面的一端均开有径向通槽。
其中一个实施例中，所述Z向移动装置包括设置于横梁靠近定位回转装置一侧的导轨基座，所述导轨基座靠近定位回转装置的一侧设有沿Z轴延伸的直线导轨，所述直线导轨内设有沿直线导轨位移且用于安装传感器安装组件的测头座。
其中一个实施例中，所述测头座下表面设有驱动测头座沿直线导轨位移的驱动装置。
其中一个实施例中，所述传感器安装组件包括设置于测头座下表面的数段相互连接的加长杆，所述光谱共焦传感器设置于最下方加长杆下表面。
本发明还公开了一种枪管内膛尺寸测量方法，包括以下步骤：
步骤10、录入枪管类型和每个枪管类型的标准参数并存储，设置每个枪管类型的测量位置；
步骤20、根据待测量枪管的型号选择与其匹配的上夹具和下夹具，将待测量枪管放置于下夹具上，连接块带动上夹具下移，对待测量枪管进行固定；
步骤30、选择与待测量枪管长度匹配的加长杆，并将光谱共焦传感器安装于加长杆上；
步骤40、旋转台工作，带动待测量枪管旋转，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器移动至待测量枪管内部；
步骤50、选择枪管类型，控制器调取选择的枪管类型对应的标准参数，枪管测量开始，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器持续在测量枪管内部移动，光谱共焦传感器采用光谱共焦原理持续获取并记录该测量枪管每个测量位置的参数，并将记录到的数据持续输出至控制器；
步骤60、控制器实时比对经光谱共焦传感器记录的参数和标准参数，待光谱共焦传感器移动至最后一个测量位置并获取参数，枪管测量结束，得到测量结果；
步骤70、旋转台停止工作，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器回到初始位置；
步骤80、连接块带动上夹具上移，取下已测量枪管，测量结束。
本发明的有益效果在于：
1、本测量机通过定位回转装置进行枪管的定位，同时带动枪管旋转，通过Z向移动装置带动传感器安装组件的位移，通过光谱共焦传感器实现枪管内膛尺寸的测量，各组件之间相互配合，实现高效、快速的测量；
2、上夹具包括数种形式，可根据枪管的型号进行匹配，以满足装夹的需求；
3、Z向移动装置可实现位移，传感器安装组件可根据需求调整长度，两者结合可根据枪管的直径进行调节，以满足测量的需求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明龙门框架结构示意图；
图3为本发明定位回转装置结构示意图；
图4为本发明上夹具结构示意图；
图5为本发明上夹具结构示意图；
图6为本发明上夹具结构示意图；
图7为本发明上夹具结构示意图；
图8为本发明Z向移动装置结构示意图；
图9为本发明传感器安装组件结构示意图；
图10为本发明光谱共焦传感器与控制器连接示意图；
图中：1、龙门框架；2、定位回转装置；3、Z向移动装置；4、传感器安装组件；5、枪管；6、光谱共焦传感器；7、控制器；8、光纤；11、载物台；12、立柱；13、横梁；21、定位柱；22、转台；23、连接块；24、上夹具；25、下夹具；241、夹具本体；242、夹具通孔；243、轴向通槽；244、固定块；245、径向通槽；31、导轨基座；32、直线导轨；33、测头座；34、驱动装置；41、加长杆。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1和图10所示，一种枪管内膛尺寸测量机，包括龙门框架1、光谱共焦传感器6和控制器7，所述龙门框架1上其中一侧设有用于固定待测量枪管5且带动待测量枪管5转动的定位回转装置2，所述龙门框架1上靠近顶部且与定位回转装置2对应的位置设有沿Z轴位移的Z向移动装置3，所述Z向移动装置3侧面且与定位回转装置2对应的位置设有沿Z轴位移的传感器安装组件4，所述光谱共焦传感器6设置于所述传感器安装组件4上，所述光谱共焦传感器6通过光纤8与控制器7连接。
实施例2：
如图2所示，在上述实施例的基础上，所述龙门框架1包括载物台11，所述载物台11上表面对称设有两立柱12，两所述立柱12顶部设有横梁13。
实施例3：
如图3所示，在上述实施例的基础上，所述定位回转装置2包括设置于载物台11上表面的定位柱21和设置于载物台11顶部且位于定位柱21其中一侧的转台22，所述定位柱21靠近转台22的一侧通过连接块23设有固定待测量枪管5上端面的的上夹具24，所述连接块23相对定位柱21沿Z轴方向位移，所述转台22上设有固定待测量枪管5下端面的的下夹具25。
实施例4：
如图4和图5所示，在上述实施例的基础上，所述上夹具24包括夹具本体241，所述夹具本体241内部设有固定待测量枪管5上端面且可供传感器安装组件4通过的夹具通孔242。
实施例5：
如图6和图7所示，在上述实施例的基础上，所述夹具本体241其中一端端面围绕其轴线开有数条沿轴线方向延伸至夹具本体241中部的轴向通槽243，数条所述轴向通槽243将夹具本体241分割成数个固定块244。数条轴向通槽243远离夹具本体241端面的一端均开有径向通槽245。
实施例6：
如图8所示，在上述实施例的基础上，所述Z向移动装置3包括设置于横梁13靠近定位回转装置2一侧的导轨基座31，所述导轨基座31靠近定位回转装置2的一侧设有沿Z轴延伸的直线导轨32，所述直线导轨32内设有沿直线导轨32位移且用于安装传感器安装组件4的测头座33。所述测头座33下表面设有驱动测头座33沿直线导轨32位移的驱动装置34。
实施例7：
如图9所示，在上述实施例的基础上，所述传感器安装组件4包括设置于测头座33下表面的数段相互连接的加长杆41，所述光谱共焦传感器6设置于最下方加长杆41下表面。
本发明还公开了一种枪管内膛尺寸测量方法，包括以下步骤：
步骤10、录入枪管5类型和每个枪管5类型的标准参数并存储，设置每个枪管5类型的测量位置；
步骤20、根据待测量枪管5的型号选择与其匹配的上夹具24和下夹具25，将待测量枪管5放置于下夹具25上，连接块23带动上夹具24下移，对待测量枪管5进行固定；
步骤30、选择与待测量枪管5长度匹配的加长杆41，并将光谱共焦传感器6安装于加长杆41上；
步骤40、旋转台22工作，带动待测量枪管5旋转，驱动装置34驱动测头座33沿直线导轨32位移，带动光谱共焦传感器6移动至待测量枪管5内部；
步骤50、选择枪管5类型，控制器7调取选择的枪管5类型对应的标准参数，枪管5测量开始，驱动装置34驱动测头座33沿直线导轨32位移，带动光谱共焦传感器6持续在测量枪管5内部移动，光谱共焦传感器6采用光谱共焦原理持续获取并记录该测量枪管5每个测量位置的参数，并将记录到的数据持续输出至控制器7；
步骤60、控制器7实时比对经光谱共焦传感器6记录的参数和标准参数，待光谱共焦传感器6移动至最后一个测量位置并获取参数，枪管5测量结束，得到测量结果；
步骤70、旋转台22停止工作，驱动装置34驱动测头座33沿直线导轨32位移，带动光谱共焦传感器6回到初始位置；
步骤80、连接块23带动上夹具24上移，取下已测量枪管5，测量结束。
本测量机用于枪管5内膛尺寸的测量，尤其适合小口径枪管5内膛尺寸的测量，也可用于其它管类产品内膛尺寸的测量。
为保证测量的精度且抑制环境对龙门框架1的形变影响。整个龙门框架1均采用花岗岩材质，载物台11、立柱12和横梁13构成的中间的空白区域为工件定位放置区域。
本测量机的旋转台22由驱动电机等驱动机构驱动旋转，其驱动机构可设置于载物台11内部，也可外接，根据实际情况进行确定。本测量机的上夹具24表现为数种形式，可根据枪管5或管类产品的实际情况进行选择，以能实现其稳定的装夹为原则。
本测量机的驱动测头座33沿直线导轨32位移的驱动装置34可设置为气缸、电推杆、皮带轮驱动机构等数种方式，可根据需求进行选择。
本申请的光谱共焦传感器6采用光谱测量原理，探头外壳为钛合金等合成金属，保证其使用寿命。其直径可根据实际情况进行设置，优选为4mm，内置特制的棱镜组。其造型小巧，适用于精确测量狭窄凹槽等结构。其内部除轴向测量的探头外，还有90度径向光束特型探头，可对凹槽内壁结构进行精确至纳米级的测量。其主要技术参数如表1:
表1：光谱共焦传感器主要技术参数
序号 探头直径 0.4 1.5
1 线性量程 400um 1.5mm
2 量程起点 1.5mm 0.9mm
3 光斑直径 10um 20um
4 绝对误差 ～0.3um 1.2um
5 分辨率 16nm 60nm
6 重量 15g 15g
7 允许安装倾斜角 ±8° ±5°
本测量机的控制器7为高精度控制器，采用光谱测量技术。其可以达到10kHz的测量速率；如果使用外部氙灯光源，则可达到70kHz的频率。动态测量过程中，CCD阵列内的新型曝光管理功能可使仪器在测量大幅变化的表面时，实现快速补光。控制器7的数据输出通过Ethernet输出。
本申请所述的枪管5参数包含但不限于：长度、外径、阴线直径、阴线高度、阳线直径、阳线高度和同轴度。测量的过程中，可实时显示测量状态和测量信息。所述的测量状态和测量信息包括但不限于：当前时间、管件类型、测量人员、人员类型、设备当前状态(待机，测量中，调试等)、已经测量管件数、合格品数量、异常品数量、不同异常类型的数量和当前管件剩余测量时间。测量过程中，可以中途选择结束测量，已有数据保留。测量完成后，可以选择并生成当天批次的测量报告。同时，本测量方法可内嵌word软件，预制测量报告表格，根据测量结果自动填写内容，操作人员可修改表格模板和内容。报告整理完成后，可选择保存电子版和打印版。
本申请采用的光谱共焦原理(即光谱共焦方法)，与光电方法、射线方法和光学图像方法(工业内窥镜法)对比分析如表2：
表2各测量方法对比分析
Figure BDA0003108192720000101
本发明通过定位回转装置2进行枪管5的定位，同时带动枪管5旋转，通过Z向移动装置3带动传感器安装组件4的位移，通过光谱共焦传感器6实现枪管5内膛尺寸的测量，各组件之间相互配合，实现高效、快速的测量；上夹具24包括数种形式，可根据枪管5的型号进行匹配，以满足装夹的需求；Z向移动装置3可实现位移，传感器安装组件4可根据需求调整长度，两者结合可根据枪管5的直径进行调节，以满足测量的需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，包括龙门框架、光谱共焦传感器和控制器，所述龙门框架上其中一侧设有用于固定待测量枪管且带动待测量枪管转动的定位回转装置，所述龙门框架上靠近顶部且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的Z向移动装置，所述Z向移动装置侧面且与定位回转装置对应的位置设有沿Z轴位移的传感器安装组件，所述光谱共焦传感器设置于所述传感器安装组件上，所述光谱共焦传感器通过光纤与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述龙门框架包括载物台，所述载物台上表面对称设有两立柱，两所述立柱顶部设有横梁。
3.根据权利要求1或2所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述定位回转装置包括设置于载物台上表面的定位柱和设置于载物台顶部且位于定位柱其中一侧的转台，所述定位柱靠近转台的一侧通过连接块设有固定待测量枪管上端面的的上夹具，所述连接块相对定位柱沿Z轴方向位移，所述转台上设有固定待测量枪管下端面的的下夹具。
4.根据权利要求3所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述上夹具包括夹具本体，所述夹具本体内部设有固定待测量枪管上端面且可供传感器安装组件通过的夹具通孔。
5.根据权利要求4所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述夹具本体其中一端端面围绕其轴线开有数条沿轴线方向延伸至夹具本体中部的轴向通槽，数条所述轴向通槽将夹具本体分割成数个固定块。
6.根据权利要求5所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，数条所述轴向通槽远离夹具本体端面的一端均开有径向通槽。
7.根据权利要求2所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述Z向移动装置包括设置于横梁靠近定位回转装置一侧的导轨基座，所述导轨基座靠近定位回转装置的一侧设有沿Z轴延伸的直线导轨，所述直线导轨内设有沿直线导轨位移且用于安装传感器安装组件的测头座。
8.根据权利要求7所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述测头座下表面设有驱动测头座沿直线导轨位移的驱动装置。
9.根据权利要求8所述的一种枪管内膛尺寸测量机，其特征在于，所述传感器安装组件包括设置于测头座下表面的数段相互连接的加长杆，所述光谱共焦传感器设置于最下方加长杆下表面。
10.一种枪管内膛尺寸测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、录入枪管类型和每个枪管类型的标准参数并存储，设置每个枪管类型的测量位置；
步骤20、根据待测量枪管的型号选择与其匹配的上夹具和下夹具，将待测量枪管放置于下夹具上，连接块带动上夹具下移，对待测量枪管进行固定；
步骤30、选择与待测量枪管长度匹配的加长杆，并将光谱共焦传感器安装于加长杆上；
步骤40、旋转台工作，带动待测量枪管旋转，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器移动至待测量枪管内部；
步骤50、选择枪管类型，控制器调取选择的枪管类型对应的标准参数，枪管测量开始，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器持续在测量枪管内部移动，光谱共焦传感器采用光谱共焦原理持续获取并记录该测量枪管每个测量位置的参数，并将记录到的数据持续输出至控制器；
步骤60、控制器实时比对经光谱共焦传感器记录的参数和标准参数，待光谱共焦传感器移动至最后一个测量位置并获取参数，枪管测量结束，得到测量结果；
步骤70、旋转台停止工作，驱动装置驱动测头座沿直线导轨位移，带动光谱共焦传感器回到初始位置；
步骤80、连接块带动上夹具上移，取下已测量枪管，测量结束。
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CN112229339A (zh) * 2020-09-18 2021-01-15 赵帅 一种回转体工件内径测量系统

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