CN114485493B - 一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法，通过气浮主芯轴轴身设置的多个气体喷头同时向炮管的内表面喷气，从而使气浮主芯轴能够浮在炮管内，使得本测量装置在进行炮管的内径和直线度检测时，不会与炮管的内表面接触，从而使本测量装置在检测过程中不会对炮管的内表面造成损伤；而通过采用气动测量式的内径测量机构，能够对炮管对接处的内径进行连续且准确的测量，且通过PSD传感器能够使本测量装置同时实现对炮管的直线度检测，从而提高本测量装置对炮管的检测能力。

Description

一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及管径检测技术领域，尤其是涉及一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法。

背景技术

公知的，轻气炮是接用压缩状态下的轻质气体（氢气或氦气）为发射工质，驱动试验弹丸在炮管内加速，最终使弹丸在炮口处获得所需高速的实验用炮；

然而，由于炮管的长径比一般都较大，在安装及使用过程中炮管不可避免的会出现弯曲的情况，从而影响弹丸从炮口发射出去时的角度，最终影响轻气炮整体的射击精度，故而需要在炮管在生产完成后进行直线度的检测；另外，轻气炮的装配过程中，多段炮管需要进行对接安装，因此对于炮管对接面的对接精度要求也十分严苛；

传统的直线度和对接精度的检测方法大多是利用爬行机器人进行检测，虽然爬行机器人能够完成基本的检测，但是一方面，由于爬行机器人是通过沿炮管内表面爬行来实现直线度检测的，且该机器人上的爬行机构，是利用机械摩擦作用实现机器人的运动和定位，因此爬行机器人在炮管内移动时会对炮管的内径造成损伤，影响炮管的内表面质量，从而对弹丸在炮管内的加速过程造成影响，最终影响弹丸发射的威力及精度；另一方面，爬行机器人对炮管的对接精度检测是通过在机器人行走过程中，利用可伸缩的测量探针或者激光扫描，来对炮管的对接面精度进行检测，不过测量探针也会对炮管的内表面造成划伤，而激光扫描的成本又较高，并且，若检测出炮管的直线度或内径不符合标准的话，再加上炮管内表面受到了损伤，则该炮管将会需要重新加工修正直至被废弃，从而造成了试验的成本增大，同时也严重影响了轻气炮的生产效率；

因此，综上所述，目前市场上需要一种检测成本低，检测精度高，且不会对炮管造成损伤的测量装置。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法，包含气浮主芯轴、内径测量机构、PSD传感器、直线驱动机构和中央处理器；所述气浮主芯轴内设有气室，气浮主芯轴的轴身均匀环设多个出气口，且每个出气口处均设有一气体喷头，气体喷头的喷气端均对应朝向炮管的内表面；所述气浮主芯轴的头端面设有内径测量机构；

所述内径测量机构包含空心柱体，该空心柱体对应安装在气浮主芯轴的头端面中心，且空心柱体的空心腔和气浮主芯轴的气室之间设有气流通道；所述空心柱体的柱身环设有多个与空心腔对应连通的气动测头，且气动测头与空心腔连通处设有压力传感器；

所述气浮主芯轴的尾端面设有与气室对应连通的进气通道，以及PSD传感器，该传感器的光线接收端对应朝向炮管入口的中心位置；

所述气浮主芯轴的尾端面与直线驱动机构的驱动端对应连接，直线驱动机构能够带动气浮主芯轴沿炮管的轴线方向移动；

所述中央处理器与压力传感器和PSD传感器对应电连接。

使用本测量装置进行测量的方法为：

a.首先对内径测量机构进行校准：

①将气浮主芯轴放入与标准炮管的尺寸一致的校准管中；

②启动外部供气装置，让工作气体进入气浮主芯轴的气室内，之后一部分工作气体从气体喷头中喷出，在校准管的内表面形成气浮垫，使气浮主芯轴悬浮在校准管的中心；另一部分工作气体输入到内径测量机构中，再通过气动测头喷至校准管的内表面；

③压力传感器测出的压力值经过中央处理器计算后，得到的数值范围即为炮管的标准内径值区间，并由中央处理器进行记录；

b.校准完成后，再将气浮主芯轴放入待检测的炮管内，开始对炮管的检测；

c.将直线驱动机构与气浮主芯轴的尾端面相连接，并驱动气浮主芯轴沿炮管的轴线进行匀速直线运动，且运动过程中各个压力传感器检测的压力数值曲线和PSD传感器测得的激光落点分布图均由中央处理器记录；

d.在气浮主芯轴运动结束后，利用中央处理器对压力数值曲线和激光落点分布图进行分析并判断检测结果，其中分析和判断过程为：

①中央处理器根据炮管对接部在炮管内的分布位置，分别对各个压力传感器检测的压力数值曲线进行分段，然后对每段的压力数值曲线与标准内径值区间进行对比，判断测量出的炮管对接部的内径是否符合标准；

②中央处理器根据激光落点分布图中的各个落点的点位进行离散度计算，若计算出的离散度小于0.1，则说明炮管的直线度符合标准，若计算出的离散度大于0.1，则说明炮管的直线度不符合标准。

优选的，所述气浮主芯轴的气室设由隔板分为左右两部分，且隔板的板面中心设有透气孔，其中左气室设为分压气室，该分压气室为多个气体喷头和内径测量机构供气，右气室设为稳压气室，该稳压气室与进气通道对应连通，进气通道的末端设有与外部供气装置连通的气管。

优选的，所述进气通道位于气浮主芯轴尾端面的底部。

优选的，所述气体喷头内设有与气浮主芯轴的出气口对应连通的气体通道，气体喷头的喷气端面匀设多个喷气孔。

优选的，所述喷气孔设为平行的两列，且每列为四个。

优选的，所述喷气孔的排列方向与气浮主芯轴的轴线方向一致。

优选的，所述气体喷头的喷气端面设为与炮管内表面圆度相同的弧面。

优选的，所述直线驱动机构包含支架、导向滑轮、钢丝绳和驱动电机，支架设为环状，支架对应套设在炮管的入口端，且支架朝向炮管入口端的端面垂直设有支杆，支杆的端部设有导向滑轮；所述钢丝绳的一端与气浮主芯轴的尾端面对应连接，钢丝绳的另一端绕过导向滑轮后与驱动电机的驱动端对应缠绕连接。

优选的，所述气体喷头的数量设为三个。

优选的，所述气动测头的数量设为八个。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法，通过气浮主芯轴轴身设置的多个气体喷头同时向炮管的内表面喷气，从而使气浮主芯轴能够悬浮在炮管内，使得本测量装置在进行炮管的内径和直线度检测时，不会与炮管的内表面接触，从而使本测量装置在检测过程中不会对炮管的内表面造成损伤；

另外，通过采用气动测量式的内径测量机构，能够对炮管对接处的内径进行连续且准确的测量，且通过PSD传感器能够使本测量装置同时实现对炮管的直线度检测，从而提高本测量装置对炮管的检测能力；且本装置的结构简单，从而使得检测成本低。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为气浮主芯轴截面示意图。

图中：1、气浮主芯轴；101、分压气室；102、稳压气室；103、进气通道；104、出气口；2、隔板；3、气体喷头；301、气体通道；302、喷气孔；4、内径检测机构；401、空心柱体；402、气流通道；403、气动测头；404、压力传感器；5、PSD传感器；6、直线驱动机构；601、直接爱；603、导向滑轮；604、钢丝绳；605、驱动电机；7、炮管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行说明，在描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本发明的附图对应，为了便于描述本发明，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：

结合附图1-2所述的一种深管类零件用的管径测量装置及测量方法，包含气浮主芯轴1、内径测量机构4、PSD传感器5、直线驱动机构6和中央处理器；所述气浮主芯轴1内设有气室，气浮主芯轴1的轴身均匀环设多个出气口104，且每个出气口104处均设有一气体喷头3，气体喷头3的喷气端均对应朝向炮管7的内表面，气体通过进气通道103进入气浮主芯轴1的气室内，然后再同时从各个气体喷头3喷出到炮管7的内表面上，此时喷出的气体将会在炮管7的内表面和气浮主芯轴1的轴身之间形成气浮垫，该气浮垫将对气浮主芯轴1产生支撑作用，进而让气浮主芯轴1悬浮在炮管7内部的中心，最终有效避免本测量装置与炮管7的内表面发生接触；根据需要，所述气体喷头3内设有与气浮主芯轴1的出气口104对应连通的气体通道301，气体喷头3的喷气端面匀设多个喷气孔302，能够让气体喷头3喷出的气体更加均匀，从而让形成的气浮垫对气浮主芯轴1的支撑效果更好，并且使气浮主芯轴1的整体受力平衡，保证该主芯轴1始终位于炮管7的中心；特别的，所述喷气孔302设为平行的两列，且每列为四个，另外，所述喷气孔302的排列方向与气浮主芯轴1的轴线方向一致，该种排列方式的喷气孔302，能够进一步提高气浮主芯轴1的整体受力平衡性，从而提高气浮主芯轴1在炮管7中心的位置温度，保证内径测量机构4和PSD传感器5所得结果的准确性；此外，所述气体喷头3的喷气端面设为与炮管7内表面圆度相同的弧面，能够让各个喷气孔302喷出的气体与对应炮管7内表面之间的距离均相同，从而进一步提高气体喷头3喷出的气体形成的气浮垫的支撑效果；特别的，气体喷头3的数量设为三个，通过三点支撑即可保证气浮主芯轴1在炮管7中心的漂浮状态；

根据需要，所述气浮主芯轴1的气室设由隔板2分为左右两部分，且隔板2的板面中心设有透气孔，其中左气室设为分压气室101，该分压气室101为多个气体喷头3和内径测量机构4供气，右气室设为稳压气室102，该稳压气室102与进气通道103对应连通，进气通道103的末端设有与外部供气装置连通的气管，通过稳压气室102能够首先对外部供气装置通入的工作气体进行稳压和缓冲，然后工作气体再逐步填满分压气室101，并且工作气体从分压气室101的各个气体喷头3输出，形成气浮垫，通过稳压气室102能够让分压气室101内的工作气体压力保持稳定，从而提高每个气体喷头3喷出的气量和气压的稳定性和一致性，进而让气浮主芯轴1的悬浮位置能够保持在炮管7的中心；

所述气浮主芯轴1的头端面设有内径测量机构4，该内径测量机构4包含空心柱体401，该空心柱体401对应安装在气浮主芯轴1的头端面中心，且空心柱体401的空心腔和气浮主芯轴1的气室之间设有气流通道402，该气流通道402用于工作气体在气浮主芯轴1的气室和空心柱体401的空心腔之间的流动；所述空心柱体401的柱身环设有多个与空心腔对应连通的气动测头403，且气动测头403与空心腔连通处设有压力传感器404，流入空心柱体401的空心腔内的工作气体，将从气动测头403的排气端排出，通过压力传感器404检测气动测头403内的气体压力数据变化，即可判断出炮管7的内径是否发生变化，最终得到炮管7的整体管身内径是否均匀；另外，气动测头403的数量设为8个，能够充分覆盖炮管7某一处管身的内表面截面；

首先根据要求的炮管7对接面的圆度，计算出气动测头403内气体压力数值的标准数值区间，然后在具体的内径测量过程中，当各个气动测头403内的压力传感器404得到的压力数值均处于标准数值区间内时，则说明此时测量的炮管7对接面符合要求，而当某个或者某多个压力传感器404测出的压力数值出现明显跳动超出不在标准区间时，则表示此时测量的炮管7对接处的管径与标准管径不符，说明该对接处的内表面存在台阶，导致炮管7的对接部对接精度不符合作业要求；

所述气浮主芯轴1的尾端面设有与气室对应连通的进气通道103，以及PSD传感器5，该传感器404的光线接收端对应朝向炮管7入口的中心位置，同时炮管7入口外设有激光发射器，该激光发射器射出的激光与炮管7的标准中心线相重合，而PSD传感器5的光线接收端则是用于判断激光的落点，当气浮主芯轴1在炮管7内移动过程中，PSD传感器5检测到激光的落点出现了波动并超出了PSD传感器5光线接收端的中心位置，则说明炮管7出现了弯曲的情况，使得炮管不符合要求；特别的，所述进气通道103位于气浮主芯轴1尾端面的底部，能够使进气通道103不与PSD传感器5之间产生干扰；

所述气浮主芯轴1的尾端面与直线驱动机构6的驱动端对应连接，直线驱动机构6能够带动气浮主芯轴1沿炮管7的轴线方向移动；此外，所述直线驱动机构6包含支架601、导向滑轮602、钢丝绳604和驱动电机605，支架601设为环状，支架601对应套设在炮管7的入口端，且支架601朝向炮管7入口端的端面垂直设有支杆，支杆的端部设有导向滑轮602；所述钢丝绳604的一端与气浮主芯轴1的尾端面对应连接，钢丝绳604的另一端绕过导向滑轮602后与驱动电机605的驱动端对应缠绕连接，通过驱动电机605的转动，即可对钢丝绳604进行收卷缠绕，即实现带动气浮主芯轴1从炮管7出口端向炮口入口端移动这一过程，另外，通过导向滑轮602，能够让钢丝绳604在炮管7内的部分始终处于水平状态，从而方便利用电机的转速，来控制气浮主芯轴1的移动速度。

所述中央处理器与压力传感器和PSD传感器对应电连接，通过中央处理器来对压力传感器404和PSD传感器5输出的数据进行分析，并最终输出结果。

本测量装置的炮管管径测量方法为：

a.首先对内径测量机构进行校准：

①将气浮主芯轴放入与标准炮管的尺寸一致的校准管中；

②启动外部供气装置，让工作气体进入气浮主芯轴的气室内，之后一部分工作气体从气体喷头中喷出，在校准管的内表面形成气浮垫，使气浮主芯轴悬浮在校准管的中心；另一部分工作气体输入到内径测量机构中，再通过气动测头喷至校准管的内表面；

③压力传感器测出的压力值经过中央处理器计算后，得到的数值范围即为炮管的标准内径值区间，并由中央处理器进行记录；

b.校准完成后，再将气浮主芯轴放入待检测的炮管内，开始对炮管的检测；

c.将直线驱动机构与气浮主芯轴的尾端面相连接，并驱动气浮主芯轴沿炮管的轴线进行匀速直线运动，且运动过程中各个压力传感器检测的压力数值曲线和PSD传感器测得的激光落点分布图均由中央处理器记录；

d.在气浮主芯轴运动结束后，利用中央处理器对压力数值曲线和激光落点分布图进行分析并判断检测结果，其中分析和判断过程为：

①中央处理器根据炮管对接部在炮管内的分布位置，分别对各个压力传感器检测的压力数值曲线进行分段，然后对每段的压力数值曲线与标准内径值区间进行对比，判断测量出的炮管的对接部是否存在台阶，即炮管对接精度是否符合标准；

②中央处理器根据激光落点分布图中的各个落点的点位进行离散度计算，若计算出的离散度小于0.1，则说明炮管的直线度符合标准，若计算出的离散度大于0.1，则说明炮管的直线度不符合标准。

本发明未详述部分为现有技术，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种深管类零件用的管径测量装置，其特征是：包含气浮主芯轴（1）、内径测量机构（4）、PSD传感器（5）、直线驱动机构（6）和中央处理器；所述气浮主芯轴（1）内设有气室，气浮主芯轴（1）的轴身均匀环设多个出气口（104），且每个出气口（104）处均设有一气体喷头（3），气体喷头（3）的喷气端均对应朝向炮管（7）的内表面；所述气浮主芯轴（1）的头端面设有内径测量机构（4）；

所述内径测量机构（4）包含空心柱体（401），该空心柱体（401）对应安装在气浮主芯轴（1）的头端面中心，且空心柱体（401）的空心腔和气浮主芯轴（1）的气室之间设有气流通道（402）；所述空心柱体（401）的柱身环设有多个与空心腔对应连通的气动测头（403），且气动测头（403）与空心腔连通处设有压力传感器（404）；

所述气浮主芯轴（1）的尾端面设有与气室对应连通的进气通道（103），以及PSD传感器（5），该PSD传感器（5）的光线接收端对应朝向炮管（7）入口的中心位置；

所述气浮主芯轴（1）的尾端面与直线驱动机构（6）的驱动端对应连接，直线驱动机构（6）能够带动气浮主芯轴（1）沿炮管（7）的轴线方向移动；

所述中央处理器与压力传感器（404）和PSD传感器（5）对应电连接。

2.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述气浮主芯轴（1）的气室设由隔板（2）分为左右两部分，且隔板（2）的板面中心设有透气孔，其中左气室设为分压气室（101），该分压气室（101）为多个气体喷头（3）和内径测量机构（4）供气，右气室设为稳压气室（102），该稳压气室（102）与进气通道（103）对应连通，进气通道（103）的末端设有与外部供气装置连通的气管。

3.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述进气通道（103）位于气浮主芯轴（1）尾端面的底部。

4.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述气体喷头（3）内设有与气浮主芯轴（1）的出气口（104）对应连通的气体通道（301），气体喷头（3）的喷气端面匀设多个喷气孔（302）。

5.如权利要求4所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述喷气孔（302）设为平行的两列，且每列为四个。

6.如权利要求4所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述喷气孔（302）的排列方向与气浮主芯轴（1）的轴线方向一致。

7.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述气体喷头（3）的喷气端面设为与炮管（7）内表面圆度相同的弧面。

8.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述直线驱动机构（6）包含支架（601）、导向滑轮（602）、钢丝绳（604）和驱动电机（605），支架（601）设为环状，支架（601）对应套设在炮管（7）的入口端，且支架（601）朝向炮管（7）入口端的端面垂直设有支杆，支杆的端部设有导向滑轮（602）；所述钢丝绳（604）的一端与气浮主芯轴（1）的尾端面对应连接，钢丝绳（604）的另一端绕过导向滑轮（602）后与驱动电机（605）的驱动端对应缠绕连接。

9.如权利要求1所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：所述气体喷头（3）的数量设为三个，且所述气动测头（403）的数量设为八个。

10.一种深管类零件用的管径测量方法，根据权利要求1-9任一所述的深管类零件用的管径测量装置，其特征是：

a.首先对内径测量机构进行校准：

①将气浮主芯轴放入与标准炮管的尺寸一致的校准管中；

②启动外部供气装置，让工作气体进入气浮主芯轴的气室内，之后一部分工作气体从气体喷头中喷出，在校准管的内表面形成气浮垫，使气浮主芯轴悬浮在校准管的中心；另一部分工作气体输入到内径测量机构中，再通过气动测头喷至校准管的内表面；

③压力传感器测出的压力值经过中央处理器计算后，得到的数值范围即为炮管的标准内径值区间，并由中央处理器进行记录；

b.校准完成后，再将气浮主芯轴放入待检测的炮管内，开始对炮管的检测；

c.将直线驱动机构与气浮主芯轴的尾端面相连接，并驱动气浮主芯轴沿炮管的轴线进行匀速直线运动，且运动过程中各个压力传感器检测的压力数值曲线和PSD传感器测得的激光落点分布图均由中央处理器记录；

d.在气浮主芯轴运动结束后，利用中央处理器对压力数值曲线和激光落点分布图进行分析并判断检测结果，其中分析和判断过程为：

①中央处理器根据炮管对接部在炮管内的分布位置，分别对各个压力传感器检测的压力数值曲线进行分段，然后对每段的压力数值曲线与标准内径值区间进行对比，判断测量出的炮管对接部的内径是否符合标准；

②中央处理器根据激光落点分布图中的各个落点的点位进行离散度计算，若计算出的离散度小于0.1，则说明炮管的直线度符合标准，若计算出的离散度大于0.1，则说明炮管的直线度不符合标准。