CN114719808B - 孔结构内径测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种孔结构内径测量装置，该孔结构内径测量装置包括柱体、驱动器和测量机构，其中，驱动器安装于柱体的安装端，测量机构安装于柱体的测量端，测量机构包括沿柱体的周向方向分布的传感器，传感器包括：基础部，该基础部安装于柱体；第一浮动部，该第一浮动部通过第一连接部可弹性偏摆地连接于基础部，驱动器用于驱动第一浮动部靠近或远离柱体的中心轴线；和第二浮动部，该第二浮动部通过第二连接部可偏摆地连接于基础部；其中，第一连接部和第二连接部的偏摆轴心相同，第一浮动部和第二浮动部间支撑有弹簧件，第一浮动部上设置有用于测量第二浮动部偏摆位置的测量单元。

Description

孔结构内径测量装置

技术领域

本申请涉及测量领域，更具体地说，涉及一种孔结构内径测量装置。

背景技术

传统的孔结构内径测量装置通常只能测量孔径大小在其测量范围内的孔结构，而对于超出测量装置测量范围的孔结构，则需要更换其他测量范围适配的测量装置进行测量，对于同一工件上需要测量大小不同的孔结构的情况下，往往难以通过同一测量装置完成所有孔径测量作业，从而导致测量成本较高，测量工序繁琐。

因此，如何提供一种能够自适应不同孔径大小的孔结构内径测量装置成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种孔结构内径测量装置，以实现对不同孔径大小的孔结构用同一种测量装置自适应测量。

根据本申请，提出了一种孔结构内径测量装置，该孔结构内径测量装置包括柱体、驱动器和测量机构，其中，所述驱动器安装于所述柱体的安装端，所述测量机构安装于所述柱体的测量端，所述测量机构包括沿所述柱体的周向方向分布的传感器，所述传感器包括：基础部，该基础部安装于所述柱体；第一浮动部，该第一浮动部通过第一连接部可弹性偏摆地连接于所述基础部，所述驱动器用于驱动所述第一浮动部靠近和/或远离所述柱体的中心轴线；和第二浮动部，该第二浮动部通过第二连接部可偏摆地连接于所述基础部；其中，所述第一连接部和第二连接部的偏摆轴心相同，所述第一浮动部和第二浮动部间支撑有弹簧件，所述第一浮动部上设置有用于测量第二浮动部偏摆位置的测量单元。

优选地，所述基础部和所述第一浮动部之间连接有弹性件，所述弹性件用于提供使所述第一浮动部远离所述柱体的中心轴线的弹性力。

优选地，所述基础部和所述第一浮动部之间设置有用于限定所述第一浮动部距离所述柱体的中心轴线的最远偏摆距离的限位件，所述弹性件提供的弹性力始终大于所述弹簧件的最大弹性力。

优选地，所述孔结构内径测量装置包括传动机构，该传动机构包括：传动杆，该传动杆可滑动地设置于所述柱体的中心孔内，所述传动杆的一端与所述驱动器驱动配合，以在所述驱动器的驱动下沿所述中心孔往复移动；和致动部，该致动部靠近所述传动杆的另一端安装于所述传动杆；所述致动部包括第一锥面，该第一锥面与所述第一浮动部锥面配合，以在所述传动杆的往复移动过程中压迫所述第一浮动部靠近或远离所述柱体的中心轴线。

优选地，所述柱体与所述传动杆之间连接有复位弹簧，在驱动状态下，所述驱动器驱动所述传动杆克服所述复位弹簧的弹性力移动，在非驱动状态下，传动杆在所述复位弹簧的弹性力作用下复位。

优选地，所述驱动器为驱动行程精确可控的伺服驱动器，该驱动器包括驱动杆，该驱动杆垂直于所述传动杆，且所述驱动杆的一侧形成有朝向所述传动杆端部的楔形面，在驱动状态下，所述驱动杆线性运动，以使所述楔形面压迫所述传动杆克服所述复位弹簧的弹性力移动。

优选地，所述柱体的周向方向上设置有在所述柱体的径向方向上可弹性浮动的多个变位件，所述致动部包括第二锥面，该第二锥面与所述变位件的内端锥面配合，以在所述传动杆的往复移动过程中压迫所述变位件靠近或远离所述柱体的中心轴线，在所述变位件远离所述中心轴线的情况下，多个所述变位件突出于所述柱体压紧于待测孔的内壁上，以矫正所述柱体和所述待测孔的中心位置。

优选地，所述传动杆的往复移动过程中，所述第一浮动部和所述变位件同步靠近或远离所述柱体的中心轴线相同的距离。

优选地，在所述中心轴线方向上，所述第一浮动部和所述变位件分别位于所述致动部的两侧，其中：所述致动部向所述第一浮动部移动时，所述第一锥面压迫所述第一浮动部，所述变位件弹性复位，以使所述第一浮动部和变位件同步靠近所述中心轴线；所述致动部向所述变位件移动时，所述第二锥面压迫所述变位件，所述第一浮动部弹性复位，以使所述第一浮动部和变位件同步远离所述中心轴线。

优选地，所述孔结构内径测量装置包括基座，该基座包括：固定座，该固定座安装于机架；和浮动座，该浮动座在垂直于所述中心轴线的方向上可浮动地安装于所述固定座，所述柱体的安装端安装于所述浮动座。

根据本申请的技术方案，孔结构内径测量装置的传感器在第一浮动部偏摆位置的基础上，通过第一浮动部上的测量单元测量第二浮动部的偏摆位置，以获取第二浮动部与孔壁接触时的测量值。该第一浮动部和第二浮动部的有效测量范围即第二浮动部在弹簧件的弹性作用下相对于第一浮动部的可弹性偏摆距离。传感器的第一浮动部在驱动器的驱动下能够执行靠近或远离柱体中心轴线的偏摆动作，从而在针对不同孔径大小的孔结构测量时，能够通过调整第一浮动部的偏摆位置，以调整传感器的实际有效测量范围。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为根据本申请优选实施方式的孔结构内径测量装置的立体图；

图2为孔结构内径测量装置的局部剖视图；

图3为孔结构内径测量装置的测量机构的局部剖视图；

图4为孔结构内径测量装置的柱体内部的结构示意图；

图5为孔结构内径测量装置的传感器的立体图；

图6为传感器的剖视图。

具体实施方式

本申请中涉及的“周向方向”、“径向方向”和“中心轴线方向”等方位词是以附图中所示的方向进行描述的，其中“周向方向”表示围绕柱体10的圆周方向，“径向方向”表示指向或背向柱体10的中心轴线的径向方向，“中心轴线方向”表示平行于柱体10的中心轴线的方向。可以理解的是，上述方位词的描述是为了清楚表示本申请的技术方案而表示的相对位置关系，承载有本申请技术方案的产品的摆放布置方式可不限于本申请图中所示的方位关系，因此上述方位词不对本申请保护范围构成限制。

位置测量精度较高的传感器，通常量程较小。传统的孔结构内径测量装置通常设置有精度较高的测量传感器，导致其只能够适用于传感器测量范围内的孔结构测量。为实现对多种孔径大小的孔结构用同一种测量装置进行自适应测量，本申请提供了一种能够在一定程度上调节测量范围的孔结构内径测量装置。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

如图1所示，所述孔结构内径测量装置包括柱体10、驱动器20和测量机构。其中，驱动器20安装于柱体10的安装端101，测量机构安装于柱体10的测量端102。测量作业时，柱体10置入待测孔结构中，测量端102到达测量深度后，驱动器20驱动测量机构径向伸展或移动以适应所述被测孔结构的内径尺寸。

具体地，所述测量机构包括沿柱体10的周向方向分布的传感器40，所述传感器可以为一个或多个，优选为至少两个。如图3、图5和图6所示，所述传感器40包括：基础部41、第一浮动部42和第二浮动部44。所述基础部41安装于柱体10；第一浮动部42通过第一连接部43可弹性偏摆地连接于基础部41，驱动器20用于驱动第一浮动部42靠近和/或远离柱体10的中心轴线；所述第二浮动部44通过第二连接部45可偏摆地连接于基础部41。其中，第一连接部43和第二连接部45的偏摆轴心相同，第一浮动部42和第二浮动部44间支撑有弹簧件46，第一浮动部42上设置有用于测量第二浮动部44偏摆位置的测量单元47。

根据本申请的孔结构内径测量装置，测量单元47所获取的测量值，实质上是第二浮动部44相对与第一浮动部42的偏摆浮动距离。其中，柱体10的周向方向优选形成有允许所述传感器40的第二浮动部44的触头突出所述柱体10表面的孔。在非测量状态下，在驱动器20的控制下第一浮动部42靠近柱体10的中心轴线，所述第二浮动部44的触头收缩在孔内，从而防止柱体10进出待测孔结构时磕碰传感器。在测量状态下，驱动器20驱动第一浮动部42远离柱体10的中心轴线，第二浮动部44在弹簧件46的支撑下伸出所述柱体10表面的孔，并抵触到待测孔结构的内壁上，以压缩所述弹簧件46，通过测量单元47测量第二浮动部44相对于第一浮动部42的偏摆位置，从而获取测量值。根据驱动器20驱动第一浮动部42的偏摆幅度不同，所述孔结构内径测量装置的实际有效测量范围不同，从而能够适应多种孔径测量场合。

所述第一连接部43和第二连接部45可以为铰接结构，或者优选如图5和图6所示，第一连接部43和第二连接部45为可弹性变形的薄型结构，通过所述薄型结构的变形以实现第一浮动部42和第二浮动部44的摆动，进一步减少由于结构间隙产生的误差。驱动器20可以既用于驱动第一浮动部42靠近柱体10的中心轴线，也用于驱动第一浮动部42远离柱体10的中心轴线，或者基础部41和第一浮动部42之间连接有弹性件48。所述弹性件48可用于提供使第一浮动部42远离柱体10的中心轴线的弹性力，或用于提供使第一浮动部42靠近柱体10的中心轴线的弹性力。驱动器20用于克服弹性件48的弹性力驱动第一浮动部42靠近或远离柱体10的中心轴线。

在所述弹性件48提供使第一浮动部42远离柱体10的中心轴线的弹性力的情况下，为了使测量结果不被弹性件48的弹性变形所干扰，弹性件48提供的弹性力优选始终大于弹簧件46的最大弹性力。如图3、图5和图6所示，基础部41和第一浮动部42之间设置有用于限定第一浮动部42距离柱体10的中心轴线的最远偏摆距离的限位件49。在所述限位件49的限制下，第一浮动部42距离柱体10的中心轴线的最远时，弹性件48提供的弹性力仍大于弹簧件46的最大弹性力，从而能够确保第二浮动部44被待测孔结构内壁阻挡导致弹簧件46压缩时，第一浮动部42仍能够保持位置不变。

为了使安装端101的驱动器20能够影响到测量端102的测量机构，孔结构内径测量装置包括传动机构30，该传动机构30用于将驱动器20的驱动力同时传导至所述测量机构的多个传感器40的第一浮动部42上，使多个传感器40能够同步动作。如图2、图3和图4所示，该传动机构30包括传动杆31和致动部32。其中，所述传动杆31可滑动地设置于柱体10的中心孔11内，传动杆31的一端与驱动器20驱动配合，以在驱动器20的驱动下沿中心孔11往复移动；所述致动部32靠近传动杆31的另一端安装于传动杆31。如图3所示，致动部32包括第一锥面321，该第一锥面321与第一浮动部42锥面配合，以在传动杆31的往复移动过程中压迫第一浮动部42靠近或远离柱体10的中心轴线。

优选如图3所示，弹性件48在基础部41和第一浮动部42之间提供弹性推力的情况下，致动部32的第一锥面321为内锥面，传动杆31移动过程中，该内锥面径向向内压紧所述第一浮动部42，从而克服所述弹性推力使第一浮动部42靠近所述柱体10的中心轴线，进而使第二浮动部44的触头随之径向向内回收。弹性件48在基础部41和第一浮动部42之间提供弹性拉力的情况下，致动部32的第一锥面321为外锥面，传动杆31移动过程中，该外锥面径向向外压迫所述第一浮动部42，从而克服所述弹性拉力使第一浮动部42远离所述柱体10的中心轴线，进而使第二浮动部44的触头随之径向向外伸出。

如图4所示，柱体10与传动杆31之间连接有复位弹簧12，在驱动状态下，驱动器20驱动传动杆31克服复位弹簧12的弹性力移动，在非驱动状态下，传动杆31在复位弹簧12的弹性力作用下复位。如图2所示，驱动器20优选为线性驱动器，该驱动器20包括驱动杆21，该驱动杆21垂直于传动杆31，且驱动杆21的一侧形成有朝向传动杆31端部的楔形面22。在驱动状态下，驱动杆21线性运动，以使所述楔形面22压迫传动杆31，使所述传动杆31克服复位弹簧12的弹性力移动。所述驱动器优选为驱动行程精确可控的伺服驱动器，通过精确控制驱动杆21的行程，从而精确驱动传动杆31的移动位置，以能够准确控制在致动部32影响下的第一浮动部42的摆动角度，进而根据待测孔结构的标准孔径大小能够精确调整传感器40在柱体10径向方向上的有效测量范围，以适应多种类型工件的测量。

柱体10的周向方向上优选设置有在柱体10的径向方向上可弹性浮动的多个变位件13，该多个变位件13可以在径向向外的弹性力作用下支撑于待测孔内壁上，以矫正柱体10的位置。或者变位件13的弹性浮动方向为径向向内的，在需要矫正的情况下，同时驱动多个变位件13克服弹性力径向涨开，以支撑于待测孔内壁上。所述驱动装置可以为设置在柱体内的涨开机构，或者优选如图1和图4所示，所述致动部32包括第二锥面322，该第二锥面322与变位件13的内端锥面配合，以在传动杆31的往复移动过程中压迫变位件13靠近或远离柱体10的中心轴线。其中，在变位件13远离中心轴线的情况下，多个变位件13突出于柱体10压紧于待测孔的内壁上，以矫正柱体10和待测孔的中心位置。

优选情况下，传动杆31的往复移动过程中，第一浮动部42和变位件13同步靠近或远离柱体10的中心轴线相同的距离，从而在矫正柱体10位置的同时，完成测量准备工作。在中心轴线方向上，第一浮动部42和变位件13优选分别位于致动部32的两侧，其中：致动部32向第一浮动部42移动时，第一锥面321压迫第一浮动部42，变位件13弹性复位，以使第一浮动部42和变位件13同步靠近中心轴线；致动部32向变位件13移动时，第二锥面322压迫变位件13，第一浮动部42弹性复位，以使第一浮动部42和变位件13同步远离中心轴线。优选地，变位件13末端距离所述柱体10的中心轴线远于第二浮动部44的触头，其中，所述致动部32的第一锥面321固定于传动杆31，第二锥面322在所述传动杆31的延伸方向上为可弹性浮动的，变位件13接触待测孔结构内壁后，阻止第二锥面322继续移动，而第一锥面321能够继续随传动杆31移动，从而使第一浮动部42继续摆动至预设测量角度。

孔结构内径测量装置优选还包括基座50，该基座50包括：固定座51，该固定座51安装于机架；和浮动座52，该浮动座52在垂直于中心轴线的方向上可浮动地安装于固定座51，柱体10的安装端101安装于浮动座52。如图1和图2所示，浮动座52优选固定安装有多个（优选为至少3个）穿过所述固定座51的安装件，该安装件与固定座51之间设置有水平浮动轴承，以实现浮动座52在垂直于中心轴线的方向上可浮动地安装于固定座51。在测量过程中，变位件13伸出柱体10压紧于待测孔内壁，以使浮动座52相对于固定座51浮动，从而使柱体10对准待测孔轴心。

根据本申请优选实施方式的孔结构内径测量装置，测量作业前首先测量标准件的待测孔结构，以根据标准件的孔结构确定传感器40在测量时第一浮动部42的有效测量位置（角度）。可通过限位机构直接根据该有效测量位置限定驱动器20的驱动行程，或者驱动器20为伺服驱动器，工作人员记录有效测量时伺服驱动器的驱动行程。正式测量时，将柱体的测量端102深入到待测孔内的测量位置，驱动器20驱动传动杆31移动，在致动部32两个锥面的作用下驱使变位件13压紧于内壁，从而矫正柱体10，传动杆31继续移动，使传感器40的第一浮动部42摆动至上述有效测量位置，记录测量单元47测量第二浮动部44的相对位置参数，与标准件参数对比以获知被测孔结构是否合格。根据本方案，能够根据待测孔的大小调整传感器40相对于柱体10的测量位置和有效测量范围，具备较高的适用性。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.孔结构内径测量装置，该孔结构内径测量装置包括柱体（10）、驱动器（20）和测量机构，其中，所述驱动器（20）安装于所述柱体（10）的安装端（101），所述测量机构安装于所述柱体（10）的测量端（102），其特征在于，

所述测量机构包括沿所述柱体（10）的周向方向分布的传感器（40），所述传感器（40）包括：基础部（41），该基础部（41）安装于所述柱体（10）；第一浮动部（42），该第一浮动部（42）通过第一连接部（43）可弹性偏摆地连接于所述基础部（41），所述驱动器（20）用于驱动所述第一浮动部（42）靠近和/或远离所述柱体（10）的中心轴线；和第二浮动部（44），该第二浮动部（44）通过第二连接部（45）可偏摆地连接于所述基础部（41）；

其中，所述第一连接部（43）和第二连接部（45）的偏摆轴心相同，所述第一浮动部（42）和第二浮动部（44）间支撑有弹簧件（46），所述第一浮动部（42）上设置有用于测量第二浮动部（44）偏摆位置的测量单元（47），

所述孔结构内径测量装置包括传动机构（30），该传动机构（30）包括：

传动杆（31），该传动杆（31）可滑动地设置于所述柱体（10）的中心孔（11）内，所述传动杆（31）的一端与所述驱动器（20）驱动配合，以在所述驱动器（20）的驱动下沿所述中心孔（11）往复移动；和致动部（32），该致动部（32）靠近所述传动杆（31）的另一端安装于所述传动杆（31）；

所述致动部（32）包括第一锥面（321），该第一锥面（321）与所述第一浮动部（42）锥面配合，以在所述传动杆（31）的往复移动过程中压迫所述第一浮动部（42）靠近或远离所述柱体（10）的中心轴线。

2.根据权利要求1所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述基础部（41）和所述第一浮动部（42）之间连接有弹性件（48），所述弹性件（48）用于提供使所述第一浮动部（42）远离所述柱体（10）的中心轴线的弹性力。

3.根据权利要求2所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述基础部（41）和所述第一浮动部（42）之间设置有用于限定所述第一浮动部（42）距离所述柱体（10）的中心轴线的最远偏摆距离的限位件（49），

所述弹性件（48）提供的弹性力始终大于所述弹簧件（46）的最大弹性力。

4.根据权利要求1所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述柱体（10）与所述传动杆（31）之间连接有复位弹簧（12），在驱动状态下，所述驱动器（20）驱动所述传动杆（31）克服所述复位弹簧（12）的弹性力移动，在非驱动状态下，传动杆（31）在所述复位弹簧（12）的弹性力作用下复位。

5.根据权利要求4所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述驱动器（20）为驱动行程精确可控的伺服驱动器，该驱动器（20）包括驱动杆（21），该驱动杆（21）垂直于所述传动杆（31），且所述驱动杆（21）的一侧形成有朝向所述传动杆（31）端部的楔形面（22），

在驱动状态下，所述驱动杆（21）线性运动，以使所述楔形面（22）压迫所述传动杆（31）克服所述复位弹簧（12）的弹性力移动。

6.根据权利要求1所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述柱体（10）的周向方向上设置有在所述柱体（10）的径向方向上可弹性浮动的多个变位件（13），所述致动部（32）包括第二锥面（322），该第二锥面（322）与所述变位件（13）的内端锥面配合，以在所述传动杆（31）的往复移动过程中压迫所述变位件（13）靠近或远离所述柱体（10）的中心轴线，

在所述变位件（13）远离所述中心轴线的情况下，多个所述变位件（13）突出于所述柱体（10）压紧于待测孔的内壁上，以矫正所述柱体（10）和所述待测孔的中心位置。

7.根据权利要求6所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述传动杆（31）的往复移动过程中，所述第一浮动部（42）和所述变位件（13）同步靠近或远离所述柱体（10）的中心轴线相同的距离。

8.根据权利要求6所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，在所述中心轴线方向上，所述第一浮动部（42）和所述变位件（13）分别位于所述致动部（32）的两侧，其中：

所述致动部（32）向所述第一浮动部（42）移动时，所述第一锥面（321）压迫所述第一浮动部（42），所述变位件（13）弹性复位，以使所述第一浮动部（42）和变位件（13）同步靠近所述中心轴线；

所述致动部（32）向所述变位件（13）移动时，所述第二锥面（322）压迫所述变位件（13），所述第一浮动部（42）弹性复位，以使所述第一浮动部（42）和变位件（13）同步远离所述中心轴线。

9.根据权利要求1所述的孔结构内径测量装置，其特征在于，所述孔结构内径测量装置包括基座（50），该基座（50）包括：

固定座（51），该固定座（51）安装于机架；和

浮动座（52），该浮动座（52）在垂直于所述中心轴线的方向上可浮动地安装于所述固定座（51），所述柱体（10）的安装端（101）安装于所述浮动座（52）。

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