CN113483613B - 一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法，所述检测装置包括数显角度尺、控制显示模块以及依次设置的横向转动机构、轴承芯轴、球面转动机构、弹性定位机构；所述数显角度尺的底部设置有旋转动尺，且旋转动尺的底部与横向转动机构固定连接；所述轴承芯轴的底部穿过球面转动机构的球面轴承并与弹性定位机构连接；所述球面转动机构的外侧通过连接支架与控制显示模块连接，所述控制显示模块通过数据线与数显角度尺连接；所述静尺与数显角度尺的背面转动连接，且自由端与连接支架远离球面转动机构的一端连接。本发明创新的将法矢偏差转化为数显角度尺的转角，相比于非接触式的测量方式，测量结果更加稳定可靠，具有较好的实用性。

Description

一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法

技术领域

本发明属于孔法矢精度检测的技术领域，具体涉及一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法。

背景技术

飞机壁板中孔的法矢精度对壁板的连接质量有至关重要的影响，孔的法矢偏差不仅会导致蒙皮/桁条叠层制孔的层间毛刺及孔的错位现象，而且会导致后续的铆接成形质量不均匀，进一步降低壁板连接的强度。波音公司对钛合金螺栓连接试验表明：当紧固件沿外载荷作用方向倾斜角度大于2°时，疲劳寿命降低约47%；当倾斜角度大于5°时，疲劳寿命降低95%。

目前，国内外相关研究人员在飞机壁板自动制孔/钻铆加工过程中的法矢测量与调整技术领域做了大量的研究工作。如基于点激光位移传感器、线激光位移传感器、3D激光扫描、结构光的法矢测量方法，以及基于专用的刀具姿态调整机构、基于机床/机器人运动学的法矢姿态调整算法等来保证制孔法矢精度。然而由于法矢测量误差、机床误差、工件变形误差等因素的影响，制孔的法矢精度无法得到有效保证，仍需要在制孔后对孔的法矢精度进行检测。但在飞机壁板的实际装配现场，目前无法对制孔后的法矢精度进行有效评价，缺乏一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法，旨在解决上述问题。本发明能够有效地检测飞机壁板中已加工孔的法矢偏差，保证制孔法矢精度，同时为飞机部件装配过程中的制孔工艺优化提供便利。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法，包括数显角度尺、旋转动尺、静尺、控制显示模块、横向转动机构、轴承芯轴、球面转动机构、弹性定位机构；所述数显角度尺的底部设置有旋转动尺，且旋转动尺的底部与横向转动机构固定连接；所述轴承芯轴的顶部与横向转动机构横向转动连接，且底部穿过球面转动机构的球面轴承并与弹性定位机构连接；所述球面转动机构的外侧通过连接支架与控制显示模块连接，所述控制显示模块通过数据线与数显角度尺连接；所述静尺与数显角度尺的背面转动连接，且自由端与连接支架远离球面转动机构的一端连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述横向转动机构包括推力球轴承座、推力球轴承，所述轴承芯轴的顶部伸入推力球轴承座，且轴承芯轴的顶部与推力球轴承座之间设置有推力球轴承；所述推力球轴承的上座圈与推力球轴承座同轴安装，且下座圈与轴承芯轴的上端面同轴安装。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述球面转动机构包括球面轴承安装座、球面轴承，所述球面轴承包括从内至外依次设置且相互转动连接的球面内圈、轴承外圈，所述轴承芯轴的底部穿过球面轴承的球面内圈并与弹性定位机构连接，所述球面轴承的轴承外圈安装在球面轴承安装座内。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述弹性定位机构包括导向限位套、锥形轴止推弹簧、锥形轴，所述导向限位套的顶部与轴承芯轴螺纹连接，且底部滑动安装有锥形轴，所述导向限位套与锥形轴之间设置有锥形轴止推弹簧；被测孔内设置有与锥形轴对应的锥形弹簧套。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述导向限位套的底部设置有安装腔，所述安装腔的两侧侧壁开设有滑动槽，所述锥形轴的顶部设置有限位销，所述限位销的两端分别伸入滑动槽并与滑动槽滑动连接；所述限位销与安装腔之间设置有锥形轴止推弹簧。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述连接支架远离球面转动机构的一端设置有安装座，所述安装座的一侧安装有控制显示模块，且另一侧与静尺滑动连接。

本发明在使用过程中，旋转动尺与推力球轴承座通过两颗M4×8的螺栓连接；推力球轴承的上座圈与推力球轴承座同轴安装，下座圈与轴承芯轴的上端面同轴安装。球面轴承的球面内圈与轴承芯轴的下端连接，球面轴承外圈安装在球面轴承安装座内；球面轴承安装座通过四颗M2×4的螺栓与连接支架连接。数显角度尺的静尺可以在连接支架的滑槽内相对滑动，并跟随滑槽转动。导向限位套的上端与轴承芯轴通过螺纹连接，锥形轴止推弹簧推动锥形轴，使其在导向限位套内可以上下移动，并由限位销控制其移动行程。锥形轴上下移动可以控制锥形弹簧套的膨胀量，进而实现被测孔轴线的快速定位及插拔。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种手持式的孔法矢精度检测方法，采用上述的检测装置进行，包括以下步骤：

步骤S100：将与被测孔孔径相对应的锥形弹簧套放入到被测孔内；

步骤S200：将锥形轴插入到锥形弹簧套中，锥形弹簧套开始径向膨胀，直到锥形弹簧套与被测孔的内壁紧密贴合无法继续膨胀为止；

步骤S300：继续将检测装置下压，此时锥形轴止推弹簧开始被压缩，当球面轴承安装座的底面与被测孔的表面接触时，停止下压检测装置；

步骤S400：将数显角度尺绕推力球轴承在180°范围内旋转，此时控制显示模块实时读取数显角度尺的数据，测量范围内数显角度尺的最大角度为法矢偏差角。

本发明的有益效果：

（1）本发明能够有效地检测飞机壁板中已加工孔的法矢偏差，保证制孔法矢精度，同时为飞机部件装配过程中的制孔工艺优化提供便利；

（2）本发明创新的将法矢偏差转化为数显角度尺的转角，相比于非接触式的测量方式，其测量结果更加稳定可靠，具有较好的实用性；

（3）本发明通过锥形轴与锥形弹簧套的结构设计，结合锥形轴止推弹簧，实现锥形弹簧套胀紧量的控制，进而实现孔轴的快速定位；此外，通过系列化的锥形轴与锥形弹簧套设计能够实现不同规格孔的法矢偏差检测，具有较好的实用性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为静尺与连接支架的连接结构示意图；

图3为轴承芯轴与横向转动机构、球面转动机构的连接结构示意图；

图4为检测装置的标定示意图；

图5为检测装置初始测量示意图；

图6为检测装置旋转180°测量示意图；

图7为检测装置最终测量示意图；

图8为图7中A处放大图。

其中：

1.数显角度尺、2.旋转动尺、3.静尺、4.推力球轴承座、5.推力球轴承、501.上座圈、502.下座圈、6.轴承芯轴、7.球面轴承、701.球面内圈、702.轴承外圈、8.球面轴承安装座、9.连接支架、10.导向限位套、11.锥形轴止推弹簧、12.限位销、13.锥形轴、14.锥形弹簧套、15.被测试件、16.控制显示模块、17.数据线。

具体实施方式

实施例1：

一种手持式的孔法矢精度检测装置，如图1所示，包括数显角度尺1、旋转动尺2、静尺3、控制显示模块16、横向转动机构、轴承芯轴6、球面转动机构、弹性定位机构；所述数显角度尺1的底部设置有旋转动尺2，且旋转动尺2的底部与横向转动机构固定连接；如图3所示，所述轴承芯轴6的顶部与横向转动机构横向转动连接，且底部穿过球面转动机构的球面轴承7并与弹性定位机构连接；所述球面转动机构的外侧通过连接支架9与控制显示模块16连接，所述控制显示模块16通过数据线17与数显角度尺1连接；所述静尺3与数显角度尺1的背面转动连接，且自由端与连接支架9远离球面转动机构的一端连接。

进一步地，如图2所示，所述连接支架9远离球面转动机构的一端设置有安装座，所述安装座的一侧安装有控制显示模块16，且另一侧与静尺3滑动连接。

本发明在使用过程中，首先将弹性定位机构伸入待测孔内，并与待测孔同轴紧密贴合；将检测装置继续向下，此时弹性定位机构被压缩，通过转动球面转动机构使球面转动机构的底部与待测孔的表面贴合。然后通过横向转动机构实现180°范围内旋转，控制显示模块16实时读取数显角度尺1的数据并分析得到法矢偏差角。测量范围内数显角度尺1（1）的最大角度即为法矢偏差角，从而实现孔的法向精度检测。

本发明创新的将法矢偏差转化为数显角度尺1的转角，相比于非接触式的测量方式，其测量结果更加稳定可靠，具有较好的实用性。本发明能够有效地检测飞机壁板中已加工孔的法矢偏差，保证制孔法矢精度，同时为飞机部件装配过程中的制孔工艺优化提供便利。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图3所示，所述横向转动机构包括推力球轴承座4、推力球轴承5，所述轴承芯轴6的顶部伸入推力球轴承座4，且轴承芯轴6的顶部与推力球轴承座4之间设置有推力球轴承5；所述推力球轴承5的上座圈501与推力球轴承座4同轴安装，且下座圈502与轴承芯轴6的上端面同轴安装。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图3所示，所述球面转动机构包括球面轴承安装座、球面轴承7，所述球面轴承7包括从内至外依次设置且相互转动连接的球面内圈701、轴承外圈702，所述轴承芯轴6的底部穿过球面轴承7的球面内圈701并与弹性定位机构连接，所述球面轴承7的轴承外圈702安装在球面轴承安装座内。所述球面轴承7的球面内圈701与轴承芯轴6的下端连接，球面轴承7外圈安装在球面轴承安装座内；球面轴承安装座通过四颗M2×4的螺栓与连接支架9连接。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例是在实施例1-3任一个的基础上进行优化，如图3所示，所述弹性定位机构包括导向限位套10、锥形轴13止推弹簧11、锥形轴13，所述导向限位套10的顶部与轴承芯轴6螺纹连接，且底部滑动安装有锥形轴13，所述导向限位套10与锥形轴13之间设置有锥形轴13止推弹簧11；被测试件15的被测孔内设置有与锥形轴13对应的锥形弹簧套14。

进一步地，所述导向限位套10的底部设置有安装腔，所述安装腔的两侧侧壁开设有滑动槽，所述锥形轴13的顶部设置有限位销12，所述限位销12的两端分别伸入滑动槽并与滑动槽滑动连接；所述限位销12与安装腔之间设置有锥形轴13止推弹簧11。

本发明在使用过程中，旋转动尺2与推力球轴承座4通过两颗M4×8的螺栓连接；推力球轴承5的上座圈501与推力球轴承座4同轴安装，下座圈502与轴承芯轴6的上端面同轴安装。球面轴承7的球面内圈701与轴承芯轴6的下端连接，球面轴承7外圈安装在球面轴承安装座内；球面轴承安装座通过四颗M2×4的螺栓与连接支架9连接。数显角度尺1的静尺3可以在连接支架9的滑槽内相对滑动，并跟随滑槽转动。导向限位套10的上端与轴承芯轴6通过螺纹连接，锥形轴13止推弹簧11推动锥形轴13，使其在导向限位套10内可以上下移动，并由限位销12控制其移动行程。锥形轴13上下移动可以控制锥形弹簧套14的膨胀量，进而实现被测孔轴线的快速定位及插拔。

本发明通过锥形轴13与锥形弹簧套14的结构设计，结合锥形轴13止推弹簧11，实现锥形弹簧套14胀紧量的控制，进而实现孔轴的快速定位；此外，通过系列化的锥形轴13与锥形弹簧套14设计能够实现不同规格孔的法矢偏差检测，具有较好的实用性。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一个相同，故不再赘述。

实施例5：

一种手持式的孔法矢精度检测装置，包括数显角度尺1（如三丰187-501）、旋转动尺2、静尺3、推力球轴承座4、推力球轴承5、轴承芯轴6、球面轴承7、球面轴承安装座、连接支架9、导向限位套10、锥形轴13止推弹簧11、限位销12、锥形轴13、锥形弹簧套14、控制显示模块16（如STM32）、数据线17。本发明能够将法矢偏差角度转化为数显角度尺1的读数，实现已加工孔法矢的快速检测。

如图3所示，本发明通过锥形轴13与锥形弹簧套14的结构设计，结合锥形轴13止推弹簧11，实现锥形弹簧套14胀紧量的控制，进而实现孔轴的快速定位；此外，通过系列化的锥形轴13与锥形弹簧套14设计能够实现不同规格孔的法矢偏差检测。

如图4所示，通过对标定板上的基准孔测量，将数显角度尺1的读数置零，从而实现本发明的标定。如图5-图7所示，首先将锥形弹簧套14放入到待测孔中，然后将本发明的本体通过锥形轴13插入到锥形弹簧套14中，随着插入的深度越深，锥形弹簧套14的胀紧量越大，直到锥形轴13止推弹簧11开始压缩，从而完成待测孔轴线的定位。继续将锥形轴13插入到锥形弹簧套14中，直到球面轴承安装座与待测孔所在平面接触，此时数显角度尺1将会读取该平面的法矢数据；然后，将数显角度尺1绕推力球轴承5轴线旋转180°，控制显示模块16会实时读取测量过程中的数据，并对获取的数据进行处理分析，获取法矢偏差角的方向，法矢偏差角度最大的位置就是待测孔的真实法矢偏差；最后，控制显示模块16将数据处理结果通过显示屏输出，实现已加工孔的法矢偏差检测。

本发明能够有效地检测飞机壁板中已加工孔的法矢偏差，保证制孔法矢精度，同时为飞机部件装配过程中的制孔工艺优化提供便利。本发明创新的将法矢偏差转化为数显角度尺1的转角，相比于非接触式的测量方式，其测量结果更加稳定可靠，具有较好的实用性。

实施例6：

一种手持式的孔法矢精度检测方法，采用上述的检测装置进行，包括以下步骤：

步骤S100：如图4所示，测量前先标定检测装置，同时将与被测孔孔径相对应的锥形弹簧套14放入到被测孔内；

步骤S200：如图5所示，将锥形轴13插入到锥形弹簧套14中，锥形弹簧套14开始径向膨胀，如图7、图8所示，直到锥形弹簧套14与被测孔的内壁紧密贴合无法继续膨胀为止；

步骤S300：继续将检测装置下压，此时锥形轴13止推弹簧11开始被压缩，当球面轴承安装座的底面与被测孔的表面接触时，停止下压检测装置；

步骤S400：如图6所示，将数显角度尺1绕推力球轴承5在180°范围内旋转，此时控制显示模块16实时读取数显角度尺1的数据，测量范围内数显角度尺1的最大角度为法矢偏差角。

本发明创新的将法矢偏差转化为数显角度尺1的转角，相比于非接触式的测量方式，其测量结果更加稳定可靠，具有较好的实用性。本发明能够有效地检测飞机壁板中已加工孔的法矢偏差，保证制孔法矢精度，同时为飞机部件装配过程中的制孔工艺优化提供便利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，包括数显角度尺（1）、旋转动尺（2）、静尺（3）、控制显示模块（16）、横向转动机构、轴承芯轴（6）、球面转动机构、弹性定位机构；所述数显角度尺（1）的底部设置有旋转动尺（2），且旋转动尺（2）的底部与横向转动机构固定连接；所述轴承芯轴（6）的顶部与横向转动机构横向转动连接，且底部穿过球面转动机构的球面轴承（7）并与弹性定位机构连接；所述球面转动机构的外侧通过连接支架（9）与控制显示模块（16）连接，所述控制显示模块（16）通过数据线（17）与数显角度尺（1）连接；所述静尺（3）与数显角度尺（1）的背面转动连接，且自由端与连接支架（9）远离球面转动机构的一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，所述横向转动机构包括推力球轴承座（4）、推力球轴承（5），所述轴承芯轴（6）的顶部伸入推力球轴承座（4），且轴承芯轴（6）的顶部与推力球轴承座（4）之间设置有推力球轴承（5）；所述推力球轴承（5）的上座圈（501）与推力球轴承座（4）同轴安装，且下座圈（502）与轴承芯轴（6）的上端面同轴安装。

3.根据权利要求2所述的一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，所述球面转动机构包括球面轴承安装座（8）、球面轴承（7），所述球面轴承（7）包括从内至外依次设置且相互转动连接的球面内圈（701）、轴承外圈（702），所述轴承芯轴（6）的底部穿过球面轴承（7）的球面内圈（701）并与弹性定位机构连接，所述球面轴承（7）的轴承外圈（702）安装在球面轴承安装座（8）内。

4.根据权利要求3所述的一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，所述弹性定位机构包括导向限位套（10）、锥形轴（13）止推弹簧（11）、锥形轴（13），所述导向限位套（10）的顶部与轴承芯轴（6）螺纹连接，且底部滑动安装有锥形轴（13），所述导向限位套（10）与锥形轴（13）之间设置有锥形轴（13）止推弹簧（11）；被测孔内设置有与锥形轴（13）对应的锥形弹簧套（14）。

5.根据权利要求4所述的一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，所述导向限位套（10）的底部设置有安装腔，所述安装腔的两侧侧壁开设有滑动槽，所述锥形轴（13）的顶部设置有限位销（12），所述限位销（12）的两端分别伸入滑动槽并与滑动槽滑动连接；所述限位销（12）与安装腔之间设置有锥形轴（13）止推弹簧（11）。

6.根据权利要求1所述的一种手持式的孔法矢精度检测装置，其特征在于，所述连接支架（9）远离球面转动机构的一端设置有安装座，所述安装座的一侧安装有控制显示模块（16），且另一侧与静尺（3）滑动连接。

7.一种手持式的孔法矢精度检测方法，采用权利要求4或5所述的检测装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100：将与被测孔孔径相对应的锥形弹簧套（14）放入到被测孔内；

步骤S200：将锥形轴（13）插入到锥形弹簧套（14）中，锥形弹簧套（14）开始径向膨胀，直到锥形弹簧套（14）与被测孔的内壁紧密贴合无法继续膨胀为止；

步骤S300：继续将检测装置下压，此时锥形轴（13）止推弹簧（11）开始被压缩，当球面轴承安装座（8）的底面与被测孔的表面接触时，停止下压检测装置；

步骤S400：将数显角度尺（1）绕推力球轴承（5）在180°范围内旋转，此时控制显示模块（16）实时读取数显角度尺（1）的数据，测量范围内数显角度尺（1）的最大角度为法矢偏差角。

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