CN113551608B - 一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法 - Google Patents

一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法，所述测量装置包括腔体、轴向进给机构、轴向检测机构、孔径测量机构和驱动电机。本发明采用了圆柱式的集成测量结构，关键结构都收藏在左右端盖以及罩壳组成的腔体内，测量装置整体结构简单紧凑，体积小。本发明采用了丝杠螺母副驱动装置与花键轴驱动装置相配合的方式，整体结构刚性好，驱动行程大。采用轴向检测装置及时记录反馈轴向位置的变化，轴向进给精度高。本发明采用的孔径测量机构具有轴向和周向两个自由度，结合轴向移动机构、轴向检测机构相配合的方式，实现了通过一次测量装置的位置调整，得到深孔零件各锥段的锥度以及孔径内各深度的圆度、直径等几何量。

Description

一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法
技术领域
本发明涉及深孔类零件测量装置，尤其涉及一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法。
背景技术
目前深孔筒体零件广泛应用在机械制造领域，尤其是航空航天等精密制造领域。但深孔类零件作业空间小，内部型腔不规则，因此多锥段深孔类零件的测量就变得十分困难，使得多锥段深孔类零件的检测和修整加工加大了难度，从而难以达到预先设计图纸的要求精度。
现有的多锥段深孔类零件的测量有圆筒形机器人测量装置，该装置具有周向多个行走轮，测量过程中整个装置需要完全进入深孔零件内部，对于新型孔径小的深孔零件不适用，在深孔零件内腔发生卡死不易取出。另外有通过人工辅助测量装置深入零件内腔的不同位置，结合测头反馈的数据多次调整进行辅助测量，此类测量设备依靠人工定位找点，其搭建调试的过程困难。由此可见现阶段的技术却存在多锥段深孔类零件锥度测量困难、测量精度差、测量效率低等问题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提供一种多锥段深孔零件的廓形测量装置及方法，能够在多锥段深孔类零件内腔中进行轴向移动和周向旋转，结合传感器可高效、高精度的测量多锥段深孔零件的孔径、锥度、圆度和同轴度重要技术参数。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多锥段深孔零件的廓形测量装置，包括腔体、轴向进给机构、轴向检测机构、孔径测量机构和驱动电机，所述驱动电机安装在腔体左侧；所述轴向进给机构、轴向检测机构和孔径测量机构分别安装在腔体内部，所述驱动电机的输出轴穿过腔体的左端盖，通过联轴器与轴向进给机构的丝杠连接。从而通过轴向进给机构的轴向进给带动轴向检测机构实现轴向位置检测，同时也带动孔径测量机构在多锥段深孔零件内腔实现轴向移动，孔径测量机构实现轴向移动的同时通过旋转电机实现旋转运动。
所述腔体包括左端盖、罩壳、右端盖、型材、双头螺柱和蝶形螺母，所述左端盖和右端盖之间通过三个沿圆周方向均匀布置的型材连接，所述左端盖上安装驱动电机。
所述右端盖为阶梯形状结构，大端一侧是圆柱形腔体，圆柱形腔体沿周向均匀分布三个轴向槽口，每个槽口两侧各有一对凸台，两侧凸台上有两对通孔，使用双头螺柱贯穿两侧凸台上的通孔，双头螺柱的两端通过蝶形螺母拧紧。
右端盖腔体内部的右侧端面上有三个沿周向均布的圆弧形凸台，圆弧形凸台的外径和多锥段深孔零件的内径尺寸相同，用于对多锥段深孔零件定心。右端盖腔体内径尺寸与多锥段深孔零件的外径尺寸相同，右端盖嵌套在多锥段深孔零件的一端，通过旋转蝶形螺母实现右端盖对多锥段深孔零件的压紧。所述右端盖小端的端面上有2个沉头孔、通过螺钉与花键套的法兰盘进行固定连接。
所述轴向进给机构包括滚珠丝杠、轴承、轴承支撑座、丝杠螺母、滑块、抱箍、花键轴以及花键套；所述滚珠丝杠的两端安装有轴承，轴承固定于轴承支撑座中，所述轴承支撑座固接于腔体的型材上。所述丝杠螺母与滚珠丝杠相配合，通过滚珠丝杠的旋转运动从而实现丝杠螺母的轴向移动。所述连接块分别与丝杠螺母和抱箍固定连接。所述花键轴的一端穿过固定于右端盖内部的花键套、另一端与抱箍连接，通过丝杠螺母的轴向移动带动花键轴进行轴向移动。
所述孔径测量机构包括旋转电机支撑件、旋转电机、传感测头支撑件、激光位移传感器、传感器支架以及传感测头壳。所述旋转电机支撑件一端与轴向进给机构的花键轴固接，另一端与旋转电机连接。所述传感测头支撑件的一端与旋转电机连接、另一端沿圆周方向均匀布置三个传感器支架。所述传感器支架上均安装激光位移传感器。所述传感测头支撑件上安装传感测头罩壳，激光位移传感器及传感器支架均布置在传感测头罩壳内。
所述轴向检测机构包括光栅尺尺身、光栅尺读数头、读数头连接件、笔式传感器、笔式传感器夹头以及夹头螺母。所述读数头连接件分别与轴向进给机构的滑块以及光栅尺读数头连接。所述光栅尺尺身固定安装在腔体的型材上。所述笔式传感器夹头以及夹头螺母安装于腔体的右端盖内部，所述笔式传感器定位于笔式传感器夹头内，由夹头螺母进行夹紧。
一种多锥段深孔零件的廓形测量方法，利用多锥段深孔零件的廓形测量装置进行测量，包括步骤如下：
A、定位：将多锥段深孔零件套入右端盖的腔体，且多锥段深孔零件的端面与右端盖内腔中的端面进行接触定位，并将多锥段深孔零件的内腔套在右端盖的三个圆弧凸台外侧，完成测量装置相对于多锥段深孔零件的定心工作；
B、夹紧：通过旋转蝶形螺母，3组螺母均匀施加力挤压右端盖的内腔壁，完成对多锥段深孔零件的夹紧，从而完成整个测量装置在多锥段深孔零件上的安装；
C、轴向移动：接通电源使驱动电机正向旋转，驱动电机通过联轴器带动滚珠丝杠同步旋转，滚珠丝杠的旋转运动带动丝杠螺母轴向移动，丝杠螺母的移动带动连接块、花键轴和固定在花键轴另一端的孔径测量机构轴向移动。
D、轴向位置检测：光栅尺尺身安装固定在腔体的型材上与滚珠丝杠相互平行，光栅尺读数头随着轴向移动机构运动，并及时检测到不同的位置点，实现整个测量装置的轴向进给与轴向位置检测；
E、孔径、圆度测量：通过旋转电机的正反转实现孔径测量机构的正反旋转运动，通过激光位移传感器测头完成对多锥段深孔零件沿圆周方向的遍历扫描，从而测量不同位置的孔径，最大最小孔径的半径差为圆度值。
F、锥度测量：记多锥段深孔零件内腔中某一锥段位置测量的直径为D1，通过轴向移动机构轴向移动，并通过轴向检测机构中的光栅尺读数头记录移动的距离L，并用孔径测量机构中的激光位移传感器测量此处内腔的直径D2，由此计算多锥段深孔零件该锥段的锥度为
Figure BDA0003160752300000041
与现有技术相比，本发明具有以下优点有益效果：
1、由于本发明采用了圆柱式的集成测量结构，通过型材和左右端盖固定作为骨架，整体形状贴合被测多锥段深孔零件的内腔，其关键结构都收藏在左右端盖以及罩壳组成的腔体内，从而实现了测量装置整体结构简单紧凑，体积小。
2、由于本发明采用了丝杠螺母副驱动装置与花键轴驱动装置相配合的方式，整体结构刚性好，实现了驱动行程大。采用光栅尺尺身、光栅尺读数头相关轴向检测装置及时记录反馈轴向位置的变化，实现了轴向进给精度高。
3、由于本发明采用的孔径测量机构具有轴向和周向两个自由度，结合轴向移动机构、轴向检测机构相配合的方式，实现了通过一次测量装置的位置调整，得到深孔零件各锥段的锥度以及孔径内各深度的圆度、直径等几何量。
4、本发明控制简单，性能可靠稳定，为大深孔径比孔径的测量提供了高效可靠的技术。
附图说明
图1为测量装置示意图。
图2为测量装置的全剖示意图(含工件)。
图3为图2的B-B剖面示意图。
图4为测量装置的轴测图(罩壳、传感测头罩壳和一根型材未示)。
图中：1、驱动电机，2、左端盖，3、罩壳，4、右端盖，5、旋转电机支撑件，6、旋转电机，7、传感测头支撑件，8、传感测头壳，9、联轴器，10、轴承支撑座，11、轴承，12、滚珠丝杠，13、丝杠螺母，14、连接块，15、抱箍，16、花键轴，17、花键套，18、笔式传感器夹头，19、夹头螺母，20、笔式传感器，21、激光位移传感器，22、传感器支架，23、蝶形螺柱，24、蝶形螺母，25、光栅尺读数头，26、读数头连接件，27、光栅尺尺身，28、型材，29、多锥段深孔零件。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，详细说明本发明的具体实施。
如图1～4所示，1、一种多锥段深孔零件的廓形测量装置，包括腔体、轴向进给机构、轴向检测机构、孔径测量机构和驱动电机1，所述驱动电机1安装在腔体左侧；所述轴向进给机构、轴向检测机构和孔径测量机构分别安装在腔体内部，所述驱动电机1的输出轴穿过腔体的左端盖2，通过联轴器9与轴向进给机构的丝杠连接。从而通过轴向进给机构的轴向进给带动轴向检测机构实现轴向位置检测，同时也带动孔径测量机构在多锥段深孔零件29内腔实现轴向移动，孔径测量机构实现轴向移动的同时通过旋转电机6实现旋转运动。
所述腔体包括左端盖2、罩壳3、右端盖4、型材28、双头螺柱23和蝶形螺母24，所述左端盖2和右端盖4之间通过三个沿圆周方向均匀布置的型材28连接，所述左端盖2上安装驱动电机1。
所述右端盖4为阶梯形状结构，大端一侧是圆柱形腔体，圆柱形腔体沿周向均匀分布三个轴向槽口，每个槽口两侧各有一对凸台，两侧凸台上有两对通孔，使用双头螺柱23贯穿两侧凸台上的通孔，双头螺柱23的两端通过蝶形螺母24拧紧。
右端盖4腔体内部的右侧端面上有三个沿周向均布的圆弧形凸台，圆弧形凸台的外径和多锥段深孔零件29的内径尺寸相同，用于对多锥段深孔零件29定心。右端盖4腔体内径尺寸与多锥段深孔零件29的外径尺寸相同，右端盖4嵌套在多锥段深孔零件29的一端，通过旋转蝶形螺母24实现右端盖4对多锥段深孔零件29的压紧。所述右端盖4小端的端面上有2个沉头孔、通过螺钉与花键套17的法兰盘进行固定连接。
所述轴向进给机构包括滚珠丝杠12、轴承11、轴承支撑座10、丝杠螺母13、连接块14、抱箍15、花键轴16以及花键套17；所述滚珠丝杠12的两端安装有轴承11，轴承11固定于轴承支撑座10中，所述轴承支撑座10固接于腔体的型材28上。所述丝杠螺母13与滚珠丝杠12相配合，通过滚珠丝杠12的旋转运动从而实现丝杠螺母13的轴向移动。所述连接块14分别与丝杠螺母13和抱箍15固定连接。所述花键轴16的一端穿过固定于右端盖4内部的花键套17、另一端与抱箍15连接，通过丝杠螺母13的轴向移动带动花键轴16进行轴向移动。
所述孔径测量机构包括旋转电机支撑件5、旋转电机6、传感测头支撑件7、激光位移传感器21、激光传感器支架22以及传感测头壳8。所述旋转电机支撑件5一端与轴向进给机构的花键轴16固接，另一端与旋转电机6连接。所述传感测头支撑件7的一端与旋转电机6连接、另一端沿圆周方向均匀布置三个激光传感器支架22。所述激光传感器支架22上均安装激光位移传感器21。所述传感测头支撑件7上安装传感测头罩壳3，激光位移传感器21及激光传感器支架22均布置在传感测头罩壳3内。
所述轴向检测机构包括光栅尺尺身27、光栅尺读数头25、读数头连接件26、笔式传感器20、笔式传感器夹头18以及夹头螺母19。所述读数头连接件26分别与轴向进给机构的连接块14以及光栅尺读数头25连接。所述光栅尺尺身27固定安装在腔体的型材28上。所述笔式传感器夹头18以及夹头螺母19安装于腔体的右端盖4内部，所述笔式传感器20定位于笔式传感器夹头18内，由夹头螺母19进行夹紧。
一种多锥段深孔零件的廓形测量方法，利用多锥段深孔零件29的廓形测量装置进行测量，包括步骤如下：
A、定位：将多锥段深孔零件29套入右端盖4的腔体，且多锥段深孔零件29的端面与右端盖4内腔中的端面进行接触定位，并将多锥段深孔零件29的内腔套在右端盖4的三个圆弧凸台外侧，完成测量装置相对于多锥段深孔零件29的定心工作；
B、夹紧：通过旋转蝶形螺母24，3组螺母均匀施加力挤压右端盖4的内腔壁，完成对多锥段深孔零件29的夹紧，从而完成整个测量装置在多锥段深孔零件29上的安装；
C、轴向移动：接通电源使驱动电机1正向旋转，驱动电机1通过联轴器9带动滚珠丝杠12同步旋转，滚珠丝杠12的旋转运动带动丝杠螺母13轴向移动，丝杠螺母13的移动带动连接块14、花键轴16和固定在花键轴16另一端的孔径测量机构轴向移动。
D、轴向位置检测：光栅尺尺身27安装固定在腔体的型材28上、并与滚珠丝杠12相互平行，光栅尺读数头25随着轴向移动机构运动，并及时检测到不同的位置点，实现整个测量装置的轴向进给与轴向位置检测；
E、孔径、圆度测量：通过旋转电机6的正反转实现孔径测量机构的正反旋转运动，通过激光位移传感器21测头完成对多锥段深孔零件29沿圆周方向的遍历扫描，从而测量不同位置的孔径，最大最小孔径的半径差为圆度值。
F、锥度测量：记多锥段深孔零件29内腔中某一锥段位置测量的直径为D1，通过轴向移动机构轴向移动，并通过轴向检测机构中的光栅尺读数头25记录移动的距离L，并用孔径测量机构中的激光位移传感器21测量此处内腔的直径D2，由此计算多锥段深孔零件29该锥段的锥度为
Figure BDA0003160752300000081
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，或者是本发明产品使用时长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较佳实施案例而已，并不用限制本发明，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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多锥段深孔零件的廓形测量装置，其特征在于：包括腔体、轴向进给机构、轴向检测机构、孔径测量机构和驱动电机(1)，所述驱动电机(1)安装在腔体左侧；所述轴向进给机构、轴向检测机构和孔径测量机构分别安装在腔体内部，所述驱动电机(1)的输出轴穿过腔体的左端盖(2)，通过联轴器(9)与轴向进给机构的丝杠连接；从而通过轴向进给机构的轴向进给带动轴向检测机构实现轴向位置检测，同时也带动孔径测量机构在多锥段深孔零件(29)内腔实现轴向移动，孔径测量机构实现轴向移动的同时通过旋转电机(6)实现旋转运动；
所述腔体包括左端盖(2)、罩壳(3)、右端盖(4)、型材(28)、双头螺柱(23)和蝶形螺母(24)，所述左端盖(2)和右端盖(4)之间通过三个沿圆周方向均匀布置的型材(28)连接，所述左端盖(2)上安装驱动电机(1)；
所述右端盖(4)为阶梯形状结构，大端一侧是圆柱形腔体，圆柱形腔体沿周向均匀分布三个轴向槽口，每个槽口两侧各有一对凸台，两侧凸台上有两对通孔，使用双头螺柱(23)贯穿两侧凸台上的通孔，双头螺柱(23)的两端通过蝶形螺母(24)拧紧；
右端盖(4)腔体内部的右侧端面上有三个沿周向均布的圆弧形凸台，圆弧形凸台的外径和多锥段深孔零件(29)的内径尺寸相同，用于对多锥段深孔零件(29)定心；右端盖(4)腔体内径尺寸与多锥段深孔零件(29)的外径尺寸相同，右端盖(4)嵌套在多锥段深孔零件(29)的一端，通过旋转蝶形螺母(24)实现右端盖(4)对多锥段深孔零件(29)的压紧；所述右端盖(4)小端的端面上有2个沉头孔、通过螺钉与花键套(17)的法兰盘进行固定连接；
所述轴向进给机构包括滚珠丝杠(12)、轴承(11)、轴承支撑座(10)、丝杠螺母(13)、连接块(14)、抱箍(15)、花键轴(16)以及花键套(17)；所述滚珠丝杠(12)的两端安装有轴承(11)，轴承(11)固定于轴承支撑座(10)中，所述轴承支撑座(10)固接于腔体的型材(28)上；所述丝杠螺母(13)与滚珠丝杠(12)相配合，通过滚珠丝杠(12)的旋转运动从而实现丝杠螺母(13)的轴向移动；所述连接块(14)分别与丝杠螺母(13)和抱箍(15)固定连接；所述花键轴(16)的一端穿过固定于右端盖(4)内部的花键套(17)、另一端与抱箍(15)连接，通过丝杠螺母(13)的轴向移动带动花键轴(16)进行轴向移动；
所述孔径测量机构包括旋转电机支撑件(5)、旋转电机(6)、传感测头支撑件(7)、激光位移传感器(21)、激光传感器支架(22)以及传感测头壳(8)；所述旋转电机支撑件(5)一端与轴向进给机构的花键轴(16)固接，另一端与旋转电机(6)连接；所述传感测头支撑件(7)的一端与旋转电机(6)连接、另一端沿圆周方向均匀布置三个激光传感器支架(22)；所述激光传感器支架(22)上均安装激光位移传感器(21)；所述传感测头支撑件(7)上安装传感测头罩壳(3)，激光位移传感器(21)及激光传感器支架(22)均布置在传感测头罩壳(3)内；
所述轴向检测机构包括光栅尺尺身(27)、光栅尺读数头(25)、读数头连接件(26)、笔式传感器(20)、笔式传感器夹头(18)以及夹头螺母(19)；所述读数头连接件(26)分别与轴向进给机构的连接块(14)以及光栅尺读数头(25)连接；所述光栅尺尺身(27)固定安装在腔体的型材(28)上；所述笔式传感器夹头(18)以及夹头螺母(19)安装于腔体的右端盖(4)内部，所述笔式传感器(20)定位于笔式传感器夹头(18)内，由夹头螺母(19)进行夹紧。
2.一种多锥段深孔零件的廓形测量方法，其特征在于：利用如权利要求1所述多锥段深孔零件的廓形测量装置进行测量，包括步骤如下：
A、定位：将多锥段深孔零件(29)套入右端盖(4)的腔体，且多锥段深孔零件(29)的端面与右端盖(4)内腔中的端面进行接触定位，并将多锥段深孔零件(29)的内腔套在右端盖(4)的三个圆弧凸台外侧，完成测量装置相对于多锥段深孔零件(29)的定心工作；
B、夹紧：通过旋转蝶形螺母(24)，3组螺母均匀施加力挤压右端盖(4)的内腔壁，完成对多锥段深孔零件(29)的夹紧，从而完成整个测量装置在多锥段深孔零件(29)上的安装；
C、轴向移动：接通电源使驱动电机(1)正向旋转，驱动电机(1)通过联轴器(9)带动滚珠丝杠(12)同步旋转，滚珠丝杠(12)的旋转运动带动丝杠螺母(13)轴向移动，丝杠螺母(13)的移动带动连接块(14)、花键轴(16)和固定在花键轴(16)另一端的孔径测量机构轴向移动；
D、轴向位置检测：光栅尺尺身(27)安装固定在腔体的型材(28)上、并与滚珠丝杠(12)相互平行，光栅尺读数头(25)随着轴向移动机构运动，并及时检测到不同的位置点，实现整个测量装置的轴向进给与轴向位置检测；
E、孔径、圆度测量：通过旋转电机(6)的正反转实现孔径测量机构的正反旋转运动，通过激光位移传感器(21)测头完成对多锥段深孔零件(29)沿圆周方向的遍历扫描，从而测量不同位置的孔径，最大最小孔径的半径差为圆度值；
F、锥度测量：记多锥段深孔零件(29)内腔中某一锥段位置测量的直径为D1，通过轴向移动机构轴向移动，并通过轴向检测机构中的光栅尺读数头(25)记录移动的距离L，并用孔径测量机构中的激光位移传感器(21)测量此处内腔的直径D2，由此计算多锥段深孔零件(29)该锥段的锥度为
Figure FDA0003160752290000041
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