CN114061530B - 一种深孔直线度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深孔直线度测量装置及方法，所述装置包括测量单元、自定心单元以及驱动单元，由于本发明采用楔形块、支撑盘件、滚珠花键、防护罩外壳的设计能够实现一个双向对称的楔形支撑机构，推动楔形块沿花键轴的自如滑动时可支撑钢球一定距离的径向窜动时，可更好的适应孔径的变化，并且能始终保持孔的中心线与花键轴的中心线共线，增强了定心准确度及稳定性；采用驱动电机与自定心单元联动机构消除驱动单元托底影响，提高了测量精度；采用驱动电机的正反转能够控制深孔自定心装置的行走进退，且整个装置体积小、自动化程度较高，可实现在机测量，能更好地适应深孔、盲孔的直线度测量。

Description

一种深孔直线度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及大深径比孔类零件几何精度检测技术领域，特别是一种深孔直线度测量装置及方法。

背景技术

深孔类零件在日常的生产生活中应用极为广泛，飞机、轮船、石油设备和大型医疗器械中都存在着直径不一的深孔或盲孔，这些孔类零件的加工和检测技术直接影响零件的精度。而其中深孔直线度测量在工业生产中有着极其重要的意义，是影响产品质量的主要因素。为检测深孔零件质量，常将深孔轴线直线度作为检测的一个项目。准确地测量零件直线度，不仅可作为零件验收合格的依据，还可以用来分析误差产生的原因，为提高零件加工精度和装配精度提供可靠依据。

近些年来，国内外关于深孔类零件直线度的各类测量技术快速进步，相关机构在该领域也取得了一些成就，但是相对于其它的计量项目而言，深孔直线度检测技术显得落后，目前常用的深孔直线度测量方法有量规测量法、感应片式应变片测量法、校正望远镜测量法、臂杆测量法、激光测量法、CCD法、四象限光电法、PSD法等，在实际生产应用中，工人师傅经常是通过塞规法评价零件是否合格，不能准确的测量出深孔类零件的直线度。而基于光电原理的扫描式测量法、基于PSD的深孔直线度测量装置能够自动控制，但装置笨重，操作复杂，装置定心精度较低、定心效果不好，导致深孔直线度测量精度较低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种定心精度高，能够适应不同孔径且能在孔壁内稳定行走的深孔直线度测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种深孔直线度测量装置，包括测量单元、自定心单元以及驱动单元，所述测量单元包括转接座、反射镜、反射镜安装板、弹簧、安装架和倾角传感器，所述反射镜通过铜片固定在反射镜安装板上，所述倾角传感器通过螺栓连接固定在安装架上，所述反射镜安装板通过螺栓固定在安装架上，安装架通过转接座与自定心单元连接，所述弹簧嵌套在固定反射镜安装板的螺栓上、固定于安装架及反射镜安装板之间；

所述自定心单元包括前支撑盘件、前端钢球、前楔形块、花键轴、前花键套、后花键套、气缸、浮动接头、后楔形块、后端钢球和后支撑盘件，所述前支撑盘件、前花键套、后花键套、后支撑盘件从前至后依次安装在花键轴上，所述前支撑盘件利用螺纹转换套和螺栓固定在花键轴的前端，所述后支撑盘件利用锁紧螺母固定在花键轴的后端；前花键套和后花键套对称安装；所述前楔形块固定在前花键套的前端，后楔形块固定在后花键套的后端，前楔形块与后楔形块对称设置、大端朝内，所述前支撑盘件与前楔形块的小端之间夹有多个前端钢球，所述后支撑盘件与后楔形块的小端之间夹有多个后端钢球，且前端钢球和后端钢球均围绕花键轴的轴线沿圆周向均匀排列；所述气缸固定在后楔形块上，所述浮动接头通过螺纹连接在气缸上，其头部穿过前楔形块，并利用螺母锁紧在前楔形块上；所述气缸和浮动接头共两组，关于花键轴对称安装；

所述驱动单元包括前驱动电机、前滚轮、后驱动电机、后滚轮、花键轴抱箍、前U型架和后U型架，所述前驱动电机通过前电机安装片安装在花键轴抱箍上，前驱动电机绕花键轴抱箍摆动；所述后驱动电机通过后电机安装片安装在花键轴抱箍上，后驱动电机绕花键轴抱箍摆动；所述花键轴抱箍通过螺栓固定在前花键套和后花键套之间的花键轴上，所述前U型架和后U型架分别固定在前楔形块和后楔形块的内侧；所述前驱动电机通过前电机推动片与前U型架连接；所述后驱动电机通过后电机推动片与后U型架连接；所述前驱动电机和后驱动电机分别随前楔形块和后楔形块向两侧移动时绕花键轴抱箍摆动；所述前驱动电机采用双输出轴形式，所述前滚轮中心开有通孔，中心通孔穿过前驱动电机两侧输出轴，并利用键连接固定在前驱动电机上。所述后驱动电机采用双输出轴形式，所述后滚轮中心开有通孔，中心通孔穿过后驱动电机两侧输出轴，并利用键连接固定在后驱动电机上。所述前电机安装片、前驱动电机、前滚轮、前电机推动片和前U型架构成前摆动机构，所述后电机安装片、后驱动电机、后滚轮、后电机推动片和后U型架构成后摆动机构，前摆动机构和后摆动机构结构相同、且关于花键轴反对称安装。

进一步地，防护外壳通过螺栓固定在前支撑盘件和后支撑盘件上，防护外壳外部在相应位置分别开有与前端钢球和后端钢球数量一致的孔，且在孔对应位置处安装有与前端钢球和后端钢球数量对应的钢球压片，所述钢球压片压住前端钢球、后端钢球，钢球压片与防护外壳共同作用固定前端钢球和后端钢球的位置，防止其脱落。

进一步地，被测管件前端安装有传感器安装座，用于安装光电自准直仪、激光测距传感器。

一种深孔直线度测量方法，利用深孔直线度测量装置进行测量，包括以下步骤：

A、测量前，将传感器安装座安装在被测管件前端，并将光电自准直仪和激光测距传感器安装在传感器安装座上，而后通过调节反射镜安装板及安装架之间的弹簧将反射镜调整至与花键轴轴线垂直，保证其与光电自准直仪发出的光线垂直；

B、测量时，将整个装置放入被测管件的后端，由于气缸此时处于未工作状态，驱动单元托底，前滚轮和后滚轮压紧于被测管件，此时启动前驱动电机和后驱动电机，前滚轮和后滚轮带动整个装置在被测管件中前进，通过激光测距传感器与反射镜的配合工作确定整个装置所行进的距离，确定整个装置的当前位置，当到达待测截面时，关闭两个驱动电机，启动气源为气缸供气，气缸直接推动前楔形块和后楔形块背向运动，相互远离，由于前支撑盘件与后支撑盘件的距离保持不变，所以前端钢球和后端钢球分别沿前楔形块和后楔形块径向等径向外推出，直至抵紧被测管件内壁；气缸持续作用保证前端钢球和后端钢球抵紧孔壁保持稳定，实现定心；而在定心时，由于前楔形块和后楔形块相互远离，使得前电机推动片绕前U型架向下摆动，后电机推动片绕后U型架向上摆动，从而带动前驱动电机绕花键轴抱箍向下摆动，后驱动电机绕花键轴抱箍向上摆动，使得前滚轮和后滚轮离开被测管件内壁；

C、定心后，启动光电自准直仪，获得当前截面圆心坐标并记录，同时记录此时的倾角传感器旋转角度；当前截面测量完成后，启动电磁阀改变气缸进气方式，使得前楔形块和后楔形块相向运动，相互靠近，前端钢球和后端钢球放松，离开孔壁，而随着前楔形块和后楔形块的靠近，带动前电机推动片绕前U型架向上摆动，后电机推动片绕后U型架向下摆动，使得前驱动电机和后驱动电机分别绕花键轴抱箍向上、向下摆动，直至前滚轮和后滚轮再次抵紧被测管件孔壁，重新启动两个驱动电机，带动整个深孔直线度测量装置在被测管件内行进至下一待测截面；

D、转步骤A，直至完成整个待被测管件的测量，利用计算机分析处理光电自准直仪记录的圆心数据及倾角传感器的旋转度数数据最终求得待测深孔直线度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

由于本发明采用楔形块、支撑盘件、滚珠花键、防护罩外壳的设计能够实现一个双向对称的楔形支撑机构，推动楔形块沿花键轴的自如滑动时可支撑钢球一定距离的径向窜动时，可更好的适应孔径的变化，并且能始终保持孔的中心线与花键轴的中心线共线，增强了定心准确度及稳定性；采用驱动电机与自定心单元联动机构消除驱动单元托底影响，提高了测量精度；采用驱动电机的正反转能够控制深孔自定心装置的行走进退，且整个装置体积小、自动化程度较高，可实现在机测量，能更好地适应深孔、盲孔的直线度测量。

附图说明

图1为本发明的主体机构示意图。

图2为本发明的主体结构剖视图。

图3为本发明的自定心单元示意图。

图4为本发明自定心单元与驱动单元联动完成涨紧定心工作示意图。

图5为本发明的驱动单元示意图。

图6为本发明进行测量工作时的示意图。

图中：1-转接座、2-反射镜、3-反射镜安装板、4-倾角传感器、5-弹簧、6-安装架、7-前支撑盘件、8-前端钢球、9-钢球压片、10-前楔形块、、11-前电机推动片、12-前驱动电机、13-前滚轮、14-后花键套、15-气缸、16-后楔形块、17-后端钢球、18-后支撑盘件、19-防护外壳、20-螺栓、21-螺纹转换套、22-前U型架、23-前花键套、24-花键轴抱箍、25-锁紧螺母、26-花键轴、27-后U型架、28-后电机推动片、29-后滚轮、30-后驱动电机、31-浮动接头、32-前电机安装片、33-被测管件、34-后电机安装片、35-传感器安装座、36-激光测距传感器、37-光电自准直仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-6所示，一种深孔直线度测量装置，包括测量单元、自定心单元以及驱动单元，所述测量单元包括转接座1、反射镜2、反射镜安装板3、弹簧5、安装架6和倾角传感器4，所述反射镜2通过铜片固定在反射镜安装板3上，所述倾角传感器4通过螺栓连接固定在安装架6上，所述反射镜安装板3通过螺栓固定在安装架6上，安装架6通过转接座1与自定心单元连接，所述弹簧5嵌套在固定反射镜安装板3的螺栓上、固定于安装架6及反射镜安装板3之间；

所述自定心单元包括前支撑盘件7、前端钢球8、前楔形块10、花键轴26、前花键套23、后花键套14、气缸15、浮动接头31、后楔形块16、后端钢球17和后支撑盘件18，所述前支撑盘件7、前花键套23、后花键套14、后支撑盘件18从前至后依次安装在花键轴26上，所述前支撑盘件7利用螺纹转换套21和螺栓20固定在花键轴26的前端，所述后支撑盘件18利用锁紧螺母25固定在花键轴26的后端；前花键套23和后花键套14对称安装；所述前楔形块10固定在前花键套23的前端，后楔形块16固定在后花键套14的后端，前楔形块10与后楔形块16对称设置、大端朝内，所述前支撑盘件7与前楔形块10的小端之间夹有多个前端钢球8，所述后支撑盘件18与后楔形块16的小端之间夹有多个后端钢球17，且前端钢球8和后端钢球17均围绕花键轴26的轴线沿圆周向均匀排列；所述气缸15固定在后楔形块16上，所述浮动接头31通过螺纹连接在气缸15上，其头部穿过前楔形块10，并利用螺母锁紧在前楔形块10上；所述气缸15和浮动接头31共两组，关于花键轴26对称安装；

所述驱动单元包括前驱动电机12、前滚轮13、后驱动电机30、后滚轮29、花键轴抱箍24、前U型架22和后U型架27，所述前驱动电机12通过前电机安装片32安装在花键轴抱箍24上，前驱动电机12绕花键轴抱箍24摆动；所述后驱动电机30通过后电机安装片34安装在花键轴抱箍24上，后驱动电机30绕花键轴抱箍24摆动；所述花键轴抱箍24通过螺栓固定在前花键套23和后花键套14之间的花键轴26上，所述前U型架22和后U型架27分别固定在前楔形块10和后楔形块16的内侧；所述前驱动电机12通过前电机推动片11与前U型架22连接；所述后驱动电机30通过后电机推动片28与后U型架27连接；所述前驱动电机12和后驱动电机30分别随前楔形块10和后楔形块16向两侧移动时绕花键轴抱箍24摆动；所述前驱动电机12采用双输出轴形式，所述前滚轮13中心开有通孔，中心通孔穿过前驱动电机12两侧输出轴，并利用键连接固定在前驱动电机12上。所述后驱动电机30采用双输出轴形式，所述后滚轮29中心开有通孔，中心通孔穿过后驱动电机30两侧输出轴，并利用键连接固定在后驱动电机30上。所述前电机安装片32、前驱动电机12、前滚轮13、前电机推动片11和前U型架22构成前摆动机构，所述后电机安装片34、后驱动电机30、后滚轮29、后电机推动片28和后U型架27构成后摆动机构，前摆动机构和后摆动机构结构相同、且关于花键轴26反对称安装。

进一步地，防护外壳19通过螺栓固定在前支撑盘件7和后支撑盘件18上，防护外壳19外部在相应位置分别开有与前端钢球8和后端钢球17数量一致的孔，且在孔对应位置处安装有与前端钢球8和后端钢球17数量对应的钢球压片9，所述钢球压片9压住前端钢球8、后端钢球17，钢球压片9与防护外壳19共同作用固定前端钢球8和后端钢球17的位置，防止其脱落。

进一步地，被测管件33前端安装有传感器安装座35，用于安装光电自准直仪37、激光测距传感器36。

一种深孔直线度测量方法，利用深孔直线度测量装置进行测量，包括以下步骤：

A、测量前，将传感器安装座35安装在被测管件33前端，并将光电自准直仪37和激光测距传感器36安装在传感器安装座35上，而后通过调节反射镜安装板3及安装架6之间的弹簧5将反射镜2调整至与花键轴26轴线垂直，保证其与光电自准直仪37发出的光线垂直；

B、测量时，将整个装置放入被测管件33的后端，由于气缸15此时处于未工作状态，驱动单元托底，前滚轮13和后滚轮29压紧于被测管件33，此时启动前驱动电机12和后驱动电机30，前滚轮13和后滚轮29带动整个装置在被测管件33中前进，通过激光测距传感器36与反射镜3的配合工作确定整个装置所行进的距离，确定整个装置的当前位置，当到达待测截面时，关闭两个驱动电机，启动气源为气缸15供气，气缸15直接推动前楔形块10和后楔形块16背向运动，相互远离，由于前支撑盘件7与后支撑盘件18的距离保持不变，所以前端钢球8和后端钢球17分别沿前楔形块10和后楔形块16径向等径向外推出，直至抵紧被测管件33内壁；气缸15持续作用保证前端钢球8和后端钢球17抵紧孔壁保持稳定，实现定心；而在定心时，由于前楔形块10和后楔形块16相互远离，使得前电机推动片11绕前U型架22向下摆动，后电机推动片28绕后U型架27向上摆动，从而带动前驱动电机12绕花键轴抱箍24向下摆动，后驱动电机30绕花键轴抱箍24向上摆动，使得前滚轮13和后滚轮29离开被测管件33内壁；

C、定心后，启动光电自准直仪37，获得当前截面圆心坐标并记录，同时记录此时的倾角传感器4旋转角度；当前截面测量完成后，启动电磁阀改变气缸15进气方式，使得前楔形块10和后楔形块16相向运动，相互靠近，前端钢球8和后端钢球17放松，离开孔壁，而随着前楔形块10和后楔形块16的靠近，带动前电机推动片11绕前U型架22向上摆动，后电机推动片28绕后U型架27向下摆动，使得前驱动电机12和后驱动电机30分别绕花键轴抱箍24向上、向下摆动，直至前滚轮13和后滚轮29再次抵紧被测管件33孔壁，重新启动两个驱动电机，带动整个深孔直线度测量装置在被测管件33内行进至下一待测截面；

D、转步骤A，直至完成整个待被测管件33的测量，利用计算机分析处理光电自准直仪37记录的圆心数据及倾角传感器4的旋转度数数据最终求得待测深孔直线度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，或者是该发明产品使用时惯常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优选实施例而已，并不用于限制本发明，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种深孔直线度测量装置，包括测量单元、自定心单元以及驱动单元，所述测量单元包括转接座(1)、反射镜(2)、反射镜安装板(3)、弹簧(5)、安装架(6)和倾角传感器(4)，所述反射镜(2)通过铜片固定在反射镜安装板(3)上，所述倾角传感器(4)通过螺栓连接固定在安装架(6)上，所述反射镜安装板(3)通过螺栓固定在安装架(6)上，安装架(6)通过转接座(1)与自定心单元连接，所述弹簧(5)嵌套在固定反射镜安装板(3)的螺栓上、固定于安装架(6)及反射镜安装板(3)之间；

所述自定心单元包括前支撑盘件(7)、前端钢球(8)、前楔形块(10)、花键轴(26)、前花键套(23)、后花键套(14)、气缸(15)、浮动接头(31)、后楔形块(16)、后端钢球(17)和后支撑盘件(18)，所述前支撑盘件(7)、前花键套(23)、后花键套(14)、后支撑盘件(18)从前至后依次安装在花键轴(26)上，所述前支撑盘件(7)利用螺纹转换套(21)和螺栓(20)固定在花键轴(26)的前端，所述后支撑盘件(18)利用锁紧螺母(25)固定在花键轴(26)的后端；前花键套(23)和后花键套(14)对称安装；所述前楔形块(10)固定在前花键套(23)的前端，后楔形块(16)固定在后花键套(14)的后端，前楔形块(10)与后楔形块(16)对称设置、大端朝内，所述前支撑盘件(7)与前楔形块(10)的小端之间夹有多个前端钢球(8)，所述后支撑盘件(18)与后楔形块(16)的小端之间夹有多个后端钢球(17)，且前端钢球(8)和后端钢球(17)均围绕花键轴(26)的轴线沿圆周向均匀排列；所述气缸(15)固定在后楔形块(16)上，所述浮动接头(31)通过螺纹连接在气缸(15)上，其头部穿过前楔形块(10)，并利用螺母锁紧在前楔形块(10)上；所述气缸(15)和浮动接头(31)共两组，关于花键轴(26)对称安装；

其特征在于：所述驱动单元包括前驱动电机(12)、前滚轮(13)、后驱动电机(30)、后滚轮(29)、花键轴抱箍(24)、前U型架(22)和后U型架(27)，所述前驱动电机(12)通过前电机安装片(32)安装在花键轴抱箍(24)上，前驱动电机(12)绕花键轴抱箍(24)摆动；所述后驱动电机(30)通过后电机安装片(34)安装在花键轴抱箍(24)上，后驱动电机(30)绕花键轴抱箍(24)摆动；所述花键轴抱箍(24)通过螺栓固定在前花键套(23)和后花键套(14)之间的花键轴(26)上，所述前U型架(22)和后U型架(27)分别固定在前楔形块(10)和后楔形块(16)的内侧；所述前驱动电机(12)通过前电机推动片(11)与前U型架(22)连接；所述后驱动电机(30)通过后电机推动片(28)与后U型架(27)连接；所述前驱动电机(12)和后驱动电机(30)分别随前楔形块(10)和后楔形块(16)向两侧移动时绕花键轴抱箍(24)摆动；所述前驱动电机(12)采用双输出轴形式，所述前滚轮(13)中心开有通孔，中心通孔穿过前驱动电机(12)两侧输出轴，并利用键连接固定在前驱动电机(12)上；所述后驱动电机(30)采用双输出轴形式，所述后滚轮(29)中心开有通孔，中心通孔穿过后驱动电机(30)两侧输出轴，并利用键连接固定在后驱动电机(30)上； 所述前电机安装片(32)、前驱动电机(12)、前滚轮(13)、前电机推动片(11)和前U型架(22)构成前摆动机构，所述后电机安装片(34)、后驱动电机(30)、后滚轮(29)、后电机推动片(28)和后U型架(27)构成后摆动机构，前摆动机构和后摆动机构结构相同、且关于花键轴(26)反对称安装；

防护外壳(19)通过螺栓固定在前支撑盘件(7)和后支撑盘件(18)上，防护外壳(19)外部在相应位置分别开有与前端钢球(8)和后端钢球(17)数量一致的孔，且在孔对应位置处安装有与前端钢球(8)和后端钢球(17)数量对应的钢球压片(9)，所述钢球压片(9)压住前端钢球(8)、后端钢球(17)，钢球压片(9)与防护外壳(19)共同作用固定前端钢球(8)和后端钢球(17)的位置，防止其脱落；

被测管件(33)前端安装有传感器安装座(35)，用于安装光电自准直仪(37)、激光测距传感器(36)。

2.一种深孔直线度测量方法，其特征在于：利用权利要求1所述深孔直线度测量装置进行测量，包括以下步骤：

A、测量前，将传感器安装座(35)安装在被测管件(33)前端，并将光电自准直仪(37)和激光测距传感器(36)安装在传感器安装座(35)上，而后通过调节反射镜安装板(3)及安装架(6)之间的弹簧(5)将反射镜(2)调整至与花键轴(26)轴线垂直，保证其与光电自准直仪(37)发出的光线垂直；

B、测量时，将整个装置放入被测管件(33)的后端，由于气缸(15)此时处于未工作状态，驱动单元托底，前滚轮(13)和后滚轮(29)压紧于被测管件(33)，此时启动前驱动电机(12)和后驱动电机(30)，前滚轮(13)和后滚轮(29)带动整个装置在被测管件(33)中前进，通过激光测距传感器(36)与反射镜(2 )的配合工作确定整个装置所行进的距离，确定整个装置的当前位置，当到达待测截面时，关闭两个驱动电机，启动气源为气缸(15)供气，气缸(15)直接推动前楔形块(10)和后楔形块(16)背向运动，相互远离，由于前支撑盘件(7)与后支撑盘件(18)的距离保持不变，所以前端钢球(8)和后端钢球(17)分别沿前楔形块(10)和后楔形块(16)径向等径向外推出，直至抵紧被测管件(33)内壁；气缸(15)持续作用保证前端钢球(8)和后端钢球(17)抵紧孔壁保持稳定，实现定心；而在定心时，由于前楔形块(10)和后楔形块(16)相互远离，使得前电机推动片(11)绕前U型架(22)向下摆动，后电机推动片(28)绕后U型架(27)向上摆动，从而带动前驱动电机(12)绕花键轴抱箍(24)向下摆动，后驱动电机(30)绕花键轴抱箍(24)向上摆动，使得前滚轮(13)和后滚轮(29)离开被测管件(33)内壁；

C、定心后，启动光电自准直仪(37)，获得当前截面圆心坐标并记录，同时记录此时的倾角传感器(4)旋转角度；当前截面测量完成后，启动电磁阀改变气缸(15)进气方式，使得前楔形块(10)和后楔形块(16)相向运动，相互靠近，前端钢球(8)和后端钢球(17)放松，离开孔壁，而随着前楔形块(10)和后楔形块(16)的靠近，带动前电机推动片(11)绕前U型架(22)向上摆动，后电机推动片(28)绕后U型架(27)向下摆动，使得前驱动电机(12)和后驱动电机(30)分别绕花键轴抱箍(24)向上、向下摆动，直至前滚轮(13)和后滚轮(29)再次抵紧被测管件(33)孔壁，重新启动两个驱动电机，带动整个深孔直线度测量装置在被测管件(33)内行进至下一待测截面；

D、转步骤A，直至完成整个待被测管件(33)的测量，利用计算机分析处理光电自准直仪(37)记录的圆心数据及倾角传感器(4)的旋转度数数据最终求得待测深孔直线度。

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