本發(fā)明涉及自動檢測裝置，尤其是一種基于psd的深孔直線度測量機器人。

背景技術：

車、飛機、輪船、石油設備和大型醫(yī)療器械中都存在著直徑不一的深孔。這些孔類零件的加工、檢測技術直接影響著零件深孔參數(shù)精度。而直線度測量是孔徑幾何計量中的基本項目，是孔徑圓度、同軸度測量的基礎，在生產(chǎn)中受到高度重視。

深孔直線度誤差是指孔徑實際軸線對理想軸線的偏離量。目前，傳統(tǒng)的孔徑直線度測量方法主要有直線度塞規(guī)、卡規(guī)，臂桿法，感應式應變片等方法，這類量方法屬于接觸式測量，其操作不便，精度難以保證，人為影響因素很大。而且，對于孔深與直徑比大于5的深孔或超深孔零件，測試更加不便。而基于光電原理的掃描式測量法、利用超聲波的反轉測量法、基于電容原理的小孔測試法都屬于現(xiàn)代的非接觸式測量法，能夠自動控制，但無法測量深孔、盲孔的直線度參數(shù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是現(xiàn)有的非接觸式測量法無法測量深孔、盲孔的直線度參數(shù)。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于psd的深孔直線度測量機器人，包括行進機構、深孔自定心機構、激光測量頭、光電處理系統(tǒng)以及psd位置調節(jié)機構；深孔自定心機構包括套筒、端蓋、六根支撐測量桿、兩個錐形圓臺、壓簧以及定心軸；端蓋封蓋在套筒的端口處；定心軸沿套筒的軸向貫穿套筒和端蓋；兩個錐形圓臺通過中心處的安裝孔套設在定心軸上，并在安裝孔內設有定心滾珠；兩個錐形圓臺的錐底相對，壓簧套設在定心軸上且支撐于兩個錐形圓臺的錐底之間；在兩個錐形圓臺的錐面上均設有三條滑軌；六根支撐測量桿的一端分別滑動式安裝在六條滑軌上，另一端沿套筒的徑向伸出套筒外；在定心軸上且位于套筒內底部和端蓋內側面處均設有限位凸圈；行進機構與定心軸的一端對接，用于推動深孔自定心機構沿深孔行進；激光測量頭安裝定心軸的另一端上；光電處理系統(tǒng)安裝在psd位置調節(jié)機構上，光電處理系統(tǒng)用于采集激光測量頭的激光信號，psd位置調節(jié)機構用于調節(jié)光電處理系統(tǒng)的受光位置。

采用端蓋和套筒的設置能夠方便拆卸維護；采用兩個錐形圓臺、壓簧以及定心軸的設計能夠實現(xiàn)一個雙向對稱的楔形彈性支撐機構，實現(xiàn)支撐測量桿端部的滑動支撐，并能夠在支撐測量桿沿徑向竄動時推動錐形圓臺沿定心軸滑動，適應孔徑的變化，且始終保持孔的中心線與定心軸的中心線共線；采用壓簧能夠始終確保支撐測量桿端部支撐在孔內壁上，確保穩(wěn)定性的同時，也能夠防止偏心；采用步進電機的正反轉能夠控制深孔自定心機構的進退，從而適應量深孔、盲孔的直線度測量。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，支撐測量桿由支撐端頭、固定連桿、三角支撐塊以及滑塊組成；滑塊扣于滑軌上，并可沿滑軌來回滑動；固定連桿固定設置在三角支撐塊上，三角支撐塊固定設置在滑塊上；支撐端頭的一端螺紋安裝在固定連桿的端部上，另一端設有行進滾珠。采用支撐端頭與固定連桿的可拆卸安裝，能夠滿足不同孔徑的測量更換需求，增強普適性能；采用三角支撐塊實現(xiàn)錐形圓臺坡面與固定連桿徑向方向的轉換。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，行進機構包括旋轉頭和驅動體；旋轉頭由旋轉筒以及設置在旋轉筒外圓周上用于在深孔內壁上螺旋行走的行走驅動滾輪組成；驅動體由外殼、步進電機、電機驅動模塊、電源以及設置在外殼外圓周上用于沿深孔軸向直線行走的導向輪；步進電機、電機驅動模塊以及電源均設置于外殼內；步進電機的輸出軸伸出外殼外安裝在旋轉筒的軸心處；電源分別為步進電機以及電機驅動模塊供電；電機驅動模塊驅動步進電機轉動。采用行走驅動滾輪能夠在旋轉筒轉動時實現(xiàn)沿旋轉筒軸向的推動力；采用導向輪能夠在旋轉筒沿軸向行走時確保外殼不會跟隨旋轉，且便于沿向行走，確保外殼的維持在中心處。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，錐形圓臺錐面上的三條滑軌呈120度間隔分布。采用呈120度間隔分布確保錐形圓臺錐面上受理均勻。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，激光測量頭包括安裝柱頭和激光發(fā)射器；安裝柱頭的一端旋合在定心軸上，另一端設有安裝插孔；激光發(fā)射器插裝在安裝插孔上。采用激光發(fā)射器的插裝以及安裝柱頭的螺紋安裝方便更換。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，psd位置調節(jié)機構包括底板、平移板、l形板、背板、x向調節(jié)螺栓、y向調節(jié)螺栓以及z向調節(jié)螺栓；在平移板的底部設有x向滑槽；在底板上設有嵌于x向滑槽內的x向固定塊；x向調節(jié)螺栓沿x向滑槽旋合在平移板上，且端部轉動式安裝在x向固定塊上；在l形板的水平板底部設有y向滑槽，在平移板上設有嵌于y向滑槽內的y向固定塊；y向調節(jié)螺栓沿y向滑槽旋合在l形板的水平板上，且端部轉動式安裝在y向固定塊上；在背板的背面設有z向滑槽；在l形板的豎向板上設有嵌于z向滑槽內的z向固定塊；z向調節(jié)螺栓沿z向滑槽旋合在背板上，且端部轉動式安裝在z向固定塊上；背板用于安裝光電處理系統(tǒng)的四象限光電探測器。采用x向調節(jié)螺栓、y向調節(jié)螺栓以及z向調節(jié)螺栓能夠實現(xiàn)三個方向的位置調節(jié)。

作為本發(fā)明的進一步限定方案，光電處理系統(tǒng)包括四象限光電探測器、數(shù)據(jù)采集器以及計算機；數(shù)據(jù)采集器連接在四象限光電探測器與計算機之間，將四象限光電探測器的光電信號采集傳輸至計算機；四象限光電探測器安裝在psd位置調節(jié)機構上。

本發(fā)明的有益效果在于：采用端蓋和套筒的設置能夠方便拆卸維護；采用兩個錐形圓臺、壓簧以及定心軸的設計能夠實現(xiàn)一個雙向對稱的楔形彈性支撐機構，實現(xiàn)支撐測量桿端部的滑動支撐，并能夠在支撐測量桿沿徑向竄動時推動錐形圓臺沿定心軸滑動，適應孔徑的變化，且始終保持孔的中心線與定心軸的中心線共線；采用壓簧能夠始終確保支撐測量桿端部支撐在孔內壁上，確保穩(wěn)定性的同時，也能夠防止偏心；采用步進電機的正反轉能夠控制深孔自定心機構的進退，從而適應量深孔、盲孔的直線度測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的孔內機構結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的空外機構結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的行進機構結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的深孔自定心機構結構示意圖；

圖5為本發(fā)明的激光測量頭結構示意圖；

圖6為本發(fā)明的psd位置調節(jié)機構結構示意圖；

圖7為本發(fā)明的光電處理系統(tǒng)結構示意圖。

圖中:1、行進機構，2、深孔自定心機構，3、激光測量頭，4、光電處理系統(tǒng)，5、psd位置調節(jié)機構，6、行走驅動滾輪，7、旋轉筒，8、步進電機，9、導向輪，10、電源，11、控制線，12、電機驅動模塊，13、套筒，14、端蓋，15、支撐端頭，16、三角支撐塊，17、滑塊，18、錐形圓臺，19、滑軌，20、固定連桿，21、定心軸，22、壓簧，23、定心滾珠，24、安裝柱頭，25、螺紋孔，26、激光發(fā)射器，27、平移板，28、l形板，29、背板，30、y向調節(jié)螺栓，31、x向調節(jié)螺栓，32、z向調節(jié)螺栓，33、四象限光電探測器，34、數(shù)據(jù)采集器，35、計算機，36、底板。

具體實施方式

如圖1-7所示，本發(fā)明公開了一種基于psd的深孔直線度測量機器人包括：行進機構1、深孔自定心機構2、激光測量頭3、光電處理系統(tǒng)4以及psd位置調節(jié)機構5。

其中，深孔自定心機構2包括套筒13、端蓋14、六根支撐測量桿、兩個錐形圓臺18、壓簧22以及定心軸21；端蓋14封蓋在套筒13的端口處；定心軸21沿套筒13的軸向貫穿套筒13和端蓋14；兩個錐形圓臺18通過中心處的安裝孔套設在定心軸21上，并在安裝孔內設有定心滾珠23；兩個錐形圓臺18的錐底相對，壓簧22套設在定心軸21上且支撐于兩個錐形圓臺18的錐底之間；在兩個錐形圓臺18的錐面上均設有三條滑軌19；錐形圓臺18錐面上的三條滑軌19呈120度間隔分布；六根支撐測量桿的一端分別滑動式安裝在六條滑軌19上，另一端沿套筒13的徑向伸出套筒13外；在定心軸21上且位于套筒13內底部和端蓋14內側面處均設有限位凸圈；行進機構1與定心軸21的一端對接，用于推動深孔自定心機構2沿深孔行進；激光測量頭3安裝定心軸21的另一端上；光電處理系統(tǒng)4安裝在psd位置調節(jié)機構5上，光電處理系統(tǒng)4用于采集激光測量頭3的激光信號，psd位置調節(jié)機構5用于調節(jié)光電處理系統(tǒng)4的受光位置。

如圖4所示，支撐測量桿由支撐端頭15、固定連桿20、三角支撐塊16以及滑塊17組成；滑塊17扣于滑軌19上，并可沿滑軌19來回滑動；固定連桿20固定設置在三角支撐塊16上，三角支撐塊16固定設置在滑塊17上；固定連桿20貫穿套筒13，并始終沿套筒13的徑向竄動；支撐端頭15的一端螺紋安裝在固定連桿20的端部上，另一端設有行進滾珠。

如圖3所示，行進機構1包括旋轉頭和驅動體；旋轉頭由旋轉筒7以及設置在旋轉筒7外圓周上用于在深孔內壁上螺旋行走的行走驅動滾輪6組成；行走驅動滾輪6共有三個，間隔設置在旋轉筒7的外圓周上；行走驅動滾輪6的輪軸向與旋轉筒7的軸心線成75度~85度的角度，使得旋轉筒7在旋轉時，行走驅動滾輪6在深孔內壁上螺旋行走，從而反作用至旋轉筒7形成沿旋轉筒7軸心線的推力；驅動體由外殼、步進電機8、電機驅動模塊12、電源10以及設置在外殼外圓周上用于沿深孔軸向直線行走的導向輪9；導向輪9共有三個，間隔設置在外殼的外圓周上；導向輪9的輪軸向與外殼的軸心線相垂直，外殼的軸心線與旋轉筒7的軸心線共線；行走驅動滾輪6和導向輪9均為可拆卸的螺紋安裝，且輪面均具有一定的彈性力；步進電機8、電機驅動模塊12以及電源10均設置于外殼內；步進電機8的輸出軸伸出外殼外安裝在旋轉筒7的軸心處；電源10分別為步進電機8以及電機驅動模塊12供電；電機驅動模塊12通過控制線11驅動步進電機8轉動。

如圖5所示，激光測量頭3包括安裝柱頭24和激光發(fā)射器26；安裝柱頭24的一端通過螺紋孔25旋合在定心軸21上，另一端設有安裝插孔；激光發(fā)射器26插裝在安裝插孔上；

如圖6所示，psd位置調節(jié)機構5包括底板36、平移板27、l形板28、背板29、x向調節(jié)螺栓31、y向調節(jié)螺栓30以及z向調節(jié)螺栓32；在平移板27的底部設有x向滑槽；在底板36上設有嵌于x向滑槽內的x向固定塊；x向調節(jié)螺栓31沿x向滑槽旋合在平移板27上，且端部轉動式安裝在x向固定塊上；在l形板28的水平板底部設有y向滑槽，在平移板27上設有嵌于y向滑槽內的y向固定塊；y向調節(jié)螺栓30沿y向滑槽旋合在l形板28的水平板上，且端部轉動式安裝在y向固定塊上；在背板29的背面設有z向滑槽；在l形板28的豎向板上設有嵌于z向滑槽內的z向固定塊；z向調節(jié)螺栓32沿z向滑槽旋合在背板29上，且端部轉動式安裝在z向固定塊上；背板29的正面用于安裝光電處理系統(tǒng)4的四象限光電探測器33。

如圖7所示，光電處理系統(tǒng)4包括四象限光電探測器33、數(shù)據(jù)采集器34以及計算機35；數(shù)據(jù)采集器34連接在四象限光電探測器33與計算機35之間，將四象限光電探測器33的光電信號采集傳輸至計算機35；四象限光電探測器33安裝在psd位置調節(jié)機構5上，通過計算機35上安裝的上位機軟件對數(shù)據(jù)采集器34采集的光電數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，從而獲得光點的實時坐標位置，并進行存儲供后期分析。

本發(fā)明的基于psd的深孔直線度測量機器人在使用時，首先根據(jù)深孔的孔徑旋轉合適的行走驅動滾輪6、導向輪9、支撐端頭15以及激光發(fā)射器26進行安裝；開始測量時，由電機驅動模塊12驅動步進電機8進行正反轉的相應控制，如為盲孔需要反轉控制，使得激光發(fā)射器26沿孔口射出激光，如為通孔，則正轉控制或反轉控制均可以；在孔徑變化時，由支撐測量桿推動兩個錐形圓臺18向中心壓縮壓簧22，在壓簧22的作用下始終確保彈性支撐，且深孔的軸心線與旋轉筒7的軸心線共線；調節(jié)x向調節(jié)螺栓31、y向調節(jié)螺栓30以及z向調節(jié)螺栓32使激光的光點在四象限光電探測器33的中心處，在測量過程中由于深孔線性度的變化使得光點移動，四象限光電探測器33實時將接收的光信號通過數(shù)據(jù)采集器34進行采集，再由計算機35上安裝的上位機軟件對數(shù)據(jù)采集器34采集的光電數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，從而獲得光點的實時坐標位置，并進行存儲供后期分析。