CN116222345A - 一种高精度智能深孔检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高精度智能深孔检测装置及检测方法，该装置包括机座、卡盘和测量导杆，机座上固定有水平延伸、中空圆柱状的基准套筒，基准套筒左端设有后端盖，后端盖右端面的中心与导向芯轴左端固定，基准套筒右端设有前端盖；卡盘左侧同轴向转动穿过前端盖，右侧夹持有待测工件，待测工件上深孔的开口朝向基准套筒，基准套筒、卡盘、深孔的中心轴线处于同一条直线上；测量导杆右端滑动穿过卡盘伸入深孔内，右端的端部外缘沿周向间隔、均匀设有四个测距传感器，左端以可沿基准套筒轴向移动的方式套设于导向芯轴外。通过本方案可以解决现有检测方法受限于深孔类零件长径比大、内部空间狭小，检测困难、检测成本高，且检测精度较差的问题。

Description

一种高精度智能深孔检测装置及检测方法

技术领域

本申请涉及深孔加工检测技术领域，尤其涉及一种高精度智能深孔检测装置及检测方法。

背景技术

深孔类零件在军事工业、航空航天和能源勘探等重要领域应用广泛，为了能更好地评估深孔零件的质量，常将深孔轴线直线度和内轮廓作为检测的一个项目，准确测量深孔类零件的直线度和圆度等，不仅可以作为深孔类零件验收合格的标准，还可以用来分析误差产生的原因，为提高深孔类零件加工精度和装配精度提供可靠的依据。

目前常使用量规测量法、感应片测量法、臂杆测量法等检测深孔的加工质量，但这些测量方法会受限于深孔类零件长径比大、内部空间狭小，检测困难，或是检测成本高，检测结果精度较差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高精度智能深孔检测装置及检测方法，用以解决现有检测方法受限于深孔类零件长径比大、内部空间狭小，检测困难、检测成本高，且检测精度较差的问题。

具体技术方案如下：

本申请提供一种高精度智能深孔检测装置，包括：

机座，所述机座上固定有水平延伸、中空圆柱状的基准套筒，所述基准套筒左端设有后端盖，所述后端盖右端面的中心与导向芯轴左端固定，所述基准套筒右端设有前端盖；

卡盘，所述卡盘左侧的套筒同轴向转动穿过前端盖，所述卡盘右侧夹持有待测工件，所述待测工件上深孔的开口朝向所述基准套筒，所述基准套筒、卡盘、深孔的中心轴线处于同一条直线上；

测量导杆，所述测量导杆右端滑动穿过所述卡盘伸入所述深孔内，右端的端部外缘沿周向间隔、均匀设有四个测距传感器，所述测量导杆左端以可沿所述基准套筒轴向移动的方式套设于所述导向芯轴外。

本申请提供的一种高精度智能深孔检测装置，利用机座支撑基准套筒和卡盘，使基准套筒与卡盘的轴线处于同一直线，在基准套筒的后端盖上设置导向芯轴，为测量导杆的轴向移动提供支撑，使移动稳定性提高，测量误差减小；利用卡盘夹持待测工件，并将卡盘一侧与基准套筒的前端盖转动连接，使待测工件的深孔开口朝向基准套筒，此时测量导杆沿导向芯轴轴向移动时，也会在深孔内移动，通过测量导杆端部设置的四个测距传感器可以相应检测探头与深孔内四个采样点的间距数据，获得深孔的直线度检测结果。

利用本申请进行检测时，整个检测过程不受深孔类零件长径比大、内部空间狭小的限制，方便操作、检测成本低，检测精度高。

在本申请的一些实施例中，所述检测装置还包括进给组件，所述进给组件用于驱动所述测量导杆在所述基准套筒内沿所述导向芯轴轴向滑动；

所述进给组件包括：

筒型凸极式定子，所述筒型凸极式定子设置在所述基准套筒的内圆周左侧；

进给磁通式动子，所述进给磁通式动子设置在所述测量导杆的外圆周左侧。

在本申请的一些实施例中，所述检测装置还包括旋转组件，所述旋转组件用于驱动所述卡盘相对于所述基准套筒转动；

所述旋转组件包括：

旋转磁通式定子，所述旋转磁通式定子设置在所述基准套筒的内圆周右侧；

旋转凸极式动子，所述旋转凸极式动子设置在所述卡盘套筒的外圆周。

在本申请的一些实施例中，所述卡盘的套筒外缘与所述前端盖间设有旋转轴承。

在本申请的一些实施例中，所述卡盘的套筒内缘与测量导杆外缘间设有直线轴承。

在本申请的一些实施例中，所述进给磁通式动子包括：

安装套筒，所述安装套筒套设于所述测量导杆的外圆周左侧，所述安装套筒外圆周的一端设有限位块，另一端设有止锁螺母；

U型铁芯环和环型永磁体，所述U型铁芯环和环型永磁体轴向交替套设在所述安装套筒外圆周的限位块与止锁螺母之间；

环形绕组，所述环形绕组镶嵌在所述U型铁芯环的U型槽内。

在本申请的一些实施例中，所述旋转磁通式定子包括：

U型定子铁芯和矩型永磁体，所述U型定子铁芯和矩型永磁体沿圆周交替设置在所述基准套筒的内圆周右侧；

整距绕组，所述整距绕组缠绕在相邻U型定子铁芯和矩型永磁体的外侧。

一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，使所述待测工件上深孔的开口朝向所述基准套筒，将所述待测工件夹持在所述卡盘右侧；

步骤S2，接通进给组件的电源，利用进给组件驱动所述测量导杆在所述导向芯轴外侧滑动，使所述测量导杆右端的测距传感器伸入深孔内；

步骤S3，打开测距传感器，检测测距传感器探头与深孔内壁的间距；

步骤S4，重复步骤S2、步骤S3，测量不同轴向位置处所述测距传感器探头与深孔内壁的间距，进而得到深孔的直线度检测结果。

本申请提供的一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，通过机座支撑卡盘和基准套筒，将测量导杆滑动设置在基准套筒内的导向芯轴上，待测工件夹持在卡盘内，令待测工件上深孔的开口朝向基准套筒，利用进给组件驱动测量导杆和其上的测距传感器沿深孔轴向移动，检测不同轴向位置处测距传感器探头与深孔内壁的间距，整个检测过程不受深孔内部空间的限制，方便操作，检测成本低，且能保证检测的精度。

在本申请的一些实施例中，一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，还包括以下步骤：

步骤S5，启动旋转组件，驱动所述卡盘和所述待测工件相对于所述基准套筒和所述测量导杆转动一定角度；

步骤S6，重复步骤S2-步骤S4，获得不同母线上所述测距传感器探头与深孔内壁的间距，进而得到深孔内轮廓的检测结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种高精度智能深孔检测装置的立体图；

图2为一种高精度智能深孔检测装置检测前的剖面图；

图3为一种高精度智能深孔检测装置检测中的剖面图；

图4为图1的侧视图；

图5为进给磁通式动子的轴向剖面图；

图6为旋转磁通式定子的径向剖面图。

图中各标号的说明如下：

0-待测工件；

1-机座，11-基准套筒，12-前端盖，13-后端盖，14-导向芯轴；

2-卡盘，21-旋转轴承，22-直线轴承；

3-测量导杆，31-测距传感器；

4-进给组件，41-筒型凸极式定子，42-进给磁通式动子，421-安装套筒，4211-限位块，4212-止锁螺母，422-U型铁芯环，423-环型永磁体，424-环形绕组；

5-旋转组件，51-旋转磁通式定子，511-U型定子铁芯，512-矩型永磁体，513-整距绕组，52-旋转凸极式动子。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了解决现有检测方法受限于深孔类零件长径比大、内部空间狭小，检测困难、检测成本高，且检测精度较差的问题，本申请实施例提供一种高精度智能深孔检测装置及检测方法。下面参照说明书附图对本申请实施例提供的一种高精度智能深孔检测装置及检测方法进行详细介绍。

如图1、图2和图3所示，本申请实施例提供的一种高精度智能深孔检测装置，包括机座1、卡盘2和测量导杆3。

机座1上固定有水平延伸、中空圆柱状的基准套筒11，基准套筒11左端设有后端盖13，后端盖13右端面的中心与导向芯轴14左端固定，基准套筒11右端设有前端盖12。

卡盘2左侧的套筒同轴向转动连接在前端盖12内，卡盘2右侧夹持有待测工件0，待测工件0上深孔的开口朝向基准套筒11，基准套筒11、卡盘2、深孔的中心轴线处于同一直线上。

如图4所示，测量导杆3右端滑动穿过卡盘2伸入深孔内，右端的端部外缘沿周向间隔、均匀设有四个测距传感器31，测量导杆3左端以可沿基准套筒11轴向移动的方式套设于导向芯轴14外。

其中，测距传感器31可以选用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器等。

本申请提供的一种高精度智能深孔检测装置，利用机座1支撑基准套筒11和卡盘2，使基准套筒1与卡盘2的轴线处于同一直线，在基准套筒11的后端盖13上设置导向芯轴14，为测量导杆3的轴向移动提供支撑，使移动稳定性提高，测量误差减小；利用卡盘2夹持待测工件0，并将卡盘2一侧与基准套筒11的前端盖12转动连接，使待测工件0的深孔开口朝向基准套筒11，此时测量导杆3沿导向芯轴14轴向移动时，也会在深孔内移动，通过测量导杆3端部设置的四个测距传感器31可以相应检测探头与深孔内四个采样点的间距数据，获得深孔的直线度检测结果。

利用本申请进行检测时，整个检测过程不受深孔类零件长径比大、内部空间狭小的限制，方便操作、检测成本低，检测精度高。

在本申请的一些实施例中，该检测装置还包括进给组件4，进给组件4用于驱动测量导杆3在基准套筒11内沿导向芯轴14轴向滑动；进给组件4包括筒型凸极式定子41和进给磁通式动子42。

筒型凸极式定子41设置在基准套筒11的内圆周左侧，进给磁通式动子42设置在测量导杆3的外圆周左侧。

该实施例中，筒型凸极式定子41和进给磁通式动子42通过电磁作用产生推动力，驱动测量导杆3在导向芯轴14上滑动，由于基准套筒11、导向芯轴14、测量导杆3和深孔的轴线都在同一直线上，因此移动测量导杆3能带动测距传感器31在深孔内移动，方便测量不同轴向位置处深孔内壁与测距传感器31探头间的间距，检测过程方便操作，且不受深孔空间狭小的限制。

在本申请的一些实施例中，该检测装置还包括旋转组件5，旋转组件5用于驱动卡盘2相对于基准套筒11转动，旋转组件5包括旋转磁通式定子51和旋转凸极式动子52；旋转磁通式定子51设置在基准套筒11的内圆周右侧，旋转凸极式动子52设置在卡盘2套筒的外圆周。

该实施例中，旋转磁通式定子51和旋转凸极式动子52通过电磁作用产生旋转力矩，驱动卡盘2带动待测工件0相对于基准套筒11和测量导杆3旋转，使测距传感器31能够检测深孔内不同母线上的采样点与探头间的间距，方便用户基于此构建深孔内部的三维点云图，扩大了检测装置的使用范围。

在本申请的一些实施例中，卡盘2的套筒外缘与前端盖12间设有旋转轴承21。

该实施例中，通过设置旋转轴承21提高卡盘2相对于基准套筒11和测量导杆3转动的稳定性，避免待测工件0颠簸产生的检测误差，提高检测的准确性。

在本申请的一些实施例中，卡盘2的套筒内缘与测量导杆3外缘间设有直线轴承22。

该实施例中，通过设置直线轴承22提高测量导杆3在卡盘2的套筒内滑动的稳定性，避免测量导杆3另一端因测距传感器31发生下垂，促使测量导杆3一直处于卡盘2的中心轴线上，提高了检测的准确性。

如图5所示，在本申请的一些实施例中，进给磁通式动子42包括安装套筒421、U型铁芯环422、环型永磁体423和环形绕组424，安装套筒421固定套设于测量导杆3的外圆周左侧，安装套筒421外圆周的一端设有限位块4211，另一端设有止锁螺母4212；U型铁芯环422和环型永磁体423轴向交替套设在安装套筒421外圆周的限位块4211与止锁螺母4212之间；环形绕组424镶嵌在U型铁芯环422的U型槽内。

其中，环型永磁体423沿厚度方向充磁，相邻环型永磁体423的充磁方向相反。

该实施例中，使用限位块4211和止锁螺母4212限制U型铁芯环422和环型永磁体423，避免两者在移动过程中从安装套筒421外滑落；进给磁通式动子42中环型永磁体423产生的磁场包围着U型铁芯环422和环形绕组424，电流通过环形绕组424后产生的磁场与环型永磁体423的磁场相互作用，推动安装套筒421和测量导杆3沿导向芯轴14的轴向移动，以实现测量导杆3在深孔轴向的稳定移动，减小进给驱动带来的测量误差，提高深孔检测的准确性和精度。

如图6所示，在本申请的一些实施例中，旋转磁通式定子51包括U型定子铁芯511、矩型永磁体512和整距绕组513；U型定子铁芯511和矩型永磁体512沿圆周交替设置在基准套筒11的内圆周右侧；整距绕组513缠绕在相邻U型定子铁芯511和矩型永磁体512的外侧。

其中，矩型永磁体512沿厚度方向充磁，相邻矩型永磁体512的充磁方向相反。

该实施例中，旋转磁通式定子51中的矩型永磁体512产生的磁场包围着U型定子铁芯511和整距绕组513，当电流通过整距绕组513时产生的磁场与矩型永磁体512的磁场相互作用产生电磁力，作用于旋转凸极式动子52，带动卡盘2和待测工件0转动；该驱动过程最大限度的提高了卡盘2和待测工件0转动的稳定性，减少了测量误差，保证了检测的准确性和精度。

一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，使待测工件0上深孔的开口朝向基准套筒11，将待测工件0夹持在卡盘2右侧；

步骤S2，接通进给组件4的电源，进给组件4驱动测量导杆3在导向芯轴14外侧移动，使测量导杆3右端的测距传感器31沿深孔的轴向移动；

步骤S3，启动测距传感器31，检测测距传感器31探头与深孔内壁的间距；

步骤S4，重复步骤S2和步骤S3，获得深孔内不同轴向位置处测距传感器31探头与深孔内壁的间距，进而得到深孔的直线度检测结果。

本申请提供的一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，通过机座1支撑卡盘2和基准套筒11，将测量导杆3滑动设置在基准套筒11内的导向芯轴14上，待测工件0夹持在卡盘2内，令待测工件0上深孔的开口朝向基准套筒11，利用进给组件4驱动测量导杆3和其上的测距传感器31沿深孔轴向移动，检测不同轴向位置处测距传感器31探头与深孔内壁的间距，整个检测过程不受深孔内部空间的限制，方便操作，检测成本低，且能保证检测的精度。

在本申请的一些实施例中，该检测方法还包括：

步骤S5，启动旋转组件5，驱动卡盘2和待测工件0相对于基准套筒11和测量导杆3转动一定角度；

步骤S6，重复步骤S2-步骤S4，获得深孔内不同母线处测距传感器31探头与深孔内壁的间距，基于检测数据重构深孔的内部轮廓，分析内孔直线度误差、圆度误差、内孔表面质量、表面粗糙度等。

该实施例中，通过旋转组件5驱动卡盘2和待测工件0相对于基准套筒11和测量导杆3转动，方便测量深孔不同母线上采样点与测距传感器31的间距，可以重复此操作获得深孔内轮廓的三维点云图，以便进行内孔直线度误差、圆度误差、内孔表面质量、表面粗糙度等分析，使用范围广泛。

整个检测过程方便进行操作，进给组件4和旋转组件5都设置在机座1上，能保证检测过程中测量导杆3和深孔轴心线保持在同一直线上，轴截面检测精度高；检测过程不受深孔内部空间的限制，可以检测任意形状的孔状结构，方便进行推广。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，包括：

机座（1），所述机座（1）上固定有水平延伸、中空圆柱状的基准套筒（11），所述基准套筒（11）左端设有后端盖（13），所述后端盖（13）右端面的中心与导向芯轴（14）左端固定，所述基准套筒（11）右端设有前端盖（12）；

卡盘（2），所述卡盘（2）左侧的套筒同轴向转动穿过前端盖（12），所述卡盘（2）右侧夹持有待测工件（0），所述待测工件（0）上深孔的开口朝向所述基准套筒（11），所述基准套筒（11）、卡盘（2）、深孔的中心轴线处于同一条直线上；

测量导杆（3），所述测量导杆（3）右端滑动穿过所述卡盘（2）伸入所述深孔内，右端的端部外缘沿周向间隔、均匀设有四个测距传感器（31），所述测量导杆（3）左端以可沿所述基准套筒（11）轴向移动的方式套设于所述导向芯轴（14）外。

2.根据权利要求1所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括进给组件（4），所述进给组件（4）用于驱动所述测量导杆（3）在所述基准套筒（11）内沿所述导向芯轴（14）轴向滑动；

所述进给组件（4）包括：

筒型凸极式定子（41），所述筒型凸极式定子（41）设置在所述基准套筒（11）的内圆周左侧；

进给磁通式动子（42），所述进给磁通式动子（42）设置在所述测量导杆（3）的外圆周左侧。

3.根据权利要求1所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括旋转组件（5），所述旋转组件（5）用于驱动所述卡盘（2）相对于所述基准套筒（11）转动；

所述旋转组件（5）包括：

旋转磁通式定子（51），所述旋转磁通式定子（51）设置在所述基准套筒（11）的内圆周右侧；

旋转凸极式动子（52），所述旋转凸极式动子（52）设置在所述卡盘（2）套筒的外圆周。

4.根据权利要求1所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述卡盘（2）的套筒外缘与所述前端盖（12）间设有旋转轴承（21）。

5.根据权利要求1所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述卡盘（2）的套筒内缘与测量导杆（3）外缘间设有直线轴承（22）。

6.根据权利要求2所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述进给磁通式动子（42）包括：

安装套筒（421），所述安装套筒（421）套设于所述测量导杆（3）的外圆周左侧，所述安装套筒（421）外圆周的一端设有限位块（4211），另一端设有止锁螺母（4212）；

U型铁芯环（422）和环型永磁体（423），所述U型铁芯环（422）和环型永磁体（423）轴向交替套设在所述安装套筒（421）外圆周的限位块（4211）与止锁螺母（4212）之间；

环形绕组（424），所述环形绕组（424）镶嵌在所述U型铁芯环（422）的U型槽内。

7.根据权利要求3所述的一种高精度智能深孔检测装置，其特征在于，所述旋转磁通式定子（51）包括：

U型定子铁芯（511）和矩型永磁体（512），所述U型定子铁芯（511）和矩型永磁体（512）沿圆周交替设置在所述基准套筒（11）的内圆周右侧；

整距绕组（513），所述整距绕组（513）缠绕在相邻U型定子铁芯（511）和矩型永磁体（512）的外侧。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，使所述待测工件（0）上深孔的开口朝向所述基准套筒（11），将所述待测工件（0）夹持在所述卡盘（2）右侧；

步骤S2，接通进给组件（4）的电源，利用进给组件（4）驱动所述测量导杆（3）在所述导向芯轴（14）外侧滑动，使所述测量导杆（3）右端的测距传感器（31）伸入深孔内；

步骤S3，打开测距传感器（31），检测测距传感器（31）探头与深孔内壁的间距；

步骤S4，重复步骤S2、步骤S3，测量不同轴向位置处所述测距传感器（31）探头与深孔内壁的间距，进而得到深孔的直线度检测结果。

9.根据权利要求8所述的一种高精度智能深孔检测装置的检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S5，启动旋转组件（5），驱动所述卡盘（2）和所述待测工件（0）相对于所述基准套筒（11）和所述测量导杆（3）转动一定角度；

步骤S6，重复步骤S2-步骤S4，获得不同母线上所述测距传感器（31）探头与深孔内壁的间距，进而得到深孔内轮廓的检测结果。

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