本發(fā)明涉及工程檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)孔圓柱度檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)：

直徑小于20mm、不連續(xù)的間歇內(nèi)孔是機(jī)械行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的形面之一，諸如負(fù)載敏感多路閥閥體閥芯孔、飛機(jī)鉸鏈件孔等。該類孔的加工質(zhì)量直接影響著機(jī)械產(chǎn)品使用性能，急需生產(chǎn)線上全檢。但是，該類孔尺寸小、加工精度高，如閥芯孔直徑公差小于0.003mm、圓柱度小于0.003mm，檢測難度極大。目前，主要采用氣動(dòng)量儀與圓柱度儀進(jìn)行抽檢，甚至不檢測，嚴(yán)重地限制了產(chǎn)品質(zhì)量提升。隨著技術(shù)進(jìn)步，近年來，機(jī)械行業(yè)開始逐步探索間歇小孔直徑、圓柱度等制造精度的復(fù)合檢測途徑，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上全檢，推動(dòng)智能制造進(jìn)程。

目前，關(guān)于間歇小孔直徑、圓柱度檢測的公開報(bào)道與文獻(xiàn)較少。國外在這方面的研究成果基本處于保密狀態(tài)。國內(nèi)一些企業(yè)在間歇小孔檢測方面展開了實(shí)驗(yàn)研究，取得了一些研究成果，主要包括以下幾個(gè)專利：

現(xiàn)有技術(shù)cn103557802b公開了一種非接觸測量空間曲面微小孔直徑和坐標(biāo)位置的方法，其將遠(yuǎn)心光學(xué)鏡頭與五軸坐標(biāo)測量機(jī)復(fù)合設(shè)計(jì)及應(yīng)用，測量葉片葉身空間曲面微小孔直徑和坐標(biāo)位置。應(yīng)用五軸光學(xué)復(fù)合坐標(biāo)測量機(jī)的接觸式探頭建立空間曲面微小孔直徑和坐標(biāo)位置工件的測量基準(zhǔn)，應(yīng)用二維轉(zhuǎn)臺(tái)按照空間曲面微小孔軸線方向確定空間姿態(tài)，應(yīng)用遠(yuǎn)心光學(xué)鏡頭提取空間曲面微小孔圖像。通過分析該方法的不足之處在于：(1)采用五軸坐標(biāo)測量機(jī)改造，設(shè)備成本高，且不適合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用，僅能實(shí)現(xiàn)抽檢；(2)采用圖像測量原理評(píng)價(jià)孔的幾何精度，誤差較大，不適合本申請中高精度孔檢測。

現(xiàn)有技術(shù)cn201885660u公開了一種檢測小孔直徑的量具，其將直徑大于待測孔直徑的鋼球置于孔端部，采用三角形方法，近似計(jì)算待測孔直徑。其不足之處在于：(1)設(shè)備測量不利于自動(dòng)化，不適合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場；(2)測量原理決定了檢測結(jié)果誤差較大，無法滿足本申請中高精度孔檢測。

現(xiàn)有技術(shù)cn103063111b公開了一種用百分表測量小孔直徑的方法，其將百分表與錐度測量心棒連接制成小孔測量裝置，錐度測量心棒作為百分表的測量桿；安裝好測量心棒，使用校對規(guī)校對百分表測量原點(diǎn)，然后對工件內(nèi)徑進(jìn)行測量。其不足之處在于：(1)需要心棒伸入孔內(nèi)進(jìn)行測量，容易劃傷孔壁；(2)測量過程隨機(jī)誤差較大，測量不準(zhǔn)確。

現(xiàn)有技術(shù)cn204027534u公開了一種內(nèi)孔圓柱度檢測裝置，該檢測裝置包括氣動(dòng)測量機(jī)構(gòu)、上限校準(zhǔn)環(huán)規(guī)、下限校準(zhǔn)環(huán)規(guī)和放置架。其中，氣動(dòng)測量機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)測頭、限位環(huán)、手柄和三個(gè)氣嘴，氣動(dòng)測頭連接限位環(huán)，在限位環(huán)上設(shè)置手柄，三個(gè)氣嘴分別安裝在限位環(huán)的表面，三個(gè)氣嘴一端分別連接到氣動(dòng)測頭內(nèi)部有三組檢測氣孔，三個(gè)氣嘴另一端則連接外部氣源和三個(gè)氣動(dòng)量儀，上限校準(zhǔn)環(huán)規(guī)、下限校準(zhǔn)環(huán)規(guī)和測量機(jī)構(gòu)分別通過三個(gè)位置孔放置在放置架上。其不足之處在于：一個(gè)測頭內(nèi)布置三組檢測氣孔，檢測范圍較小，不適合細(xì)長間歇小孔圓柱度檢測。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，調(diào)整方便、滿足間歇小孔高精度測量的內(nèi)孔圓柱度檢測裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服以上技術(shù)缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種內(nèi)孔圓柱度檢測裝置及其檢測方法，能夠方便準(zhǔn)確地檢測待檢測零件的內(nèi)孔圓柱度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)孔圓柱度檢測裝置，用于檢測待檢測零件的內(nèi)孔的圓柱度，其包括檢測平臺(tái)、檢測桿、位移檢測器件、孔心檢測器件、定位系統(tǒng)以及工控系統(tǒng)，檢測平臺(tái)用于支撐待檢測零件，定位系統(tǒng)用于對一端伸入內(nèi)孔的檢測桿進(jìn)行定位，檢測桿用于伸入內(nèi)孔的一端，位移檢測器件用于檢測檢測桿在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移，孔心檢測器件設(shè)置在檢測桿內(nèi)并用于檢測內(nèi)孔不同位置的孔心位置，工控系統(tǒng)用于控制定位系統(tǒng)以改變檢測桿伸入內(nèi)孔的位置并根據(jù)徑向位移和孔心位置獲得內(nèi)孔的圓柱度。

進(jìn)一步地，位移檢測器件包括設(shè)置在檢測桿伸入內(nèi)孔一端上的激光接收器以及設(shè)置在檢測平臺(tái)上的激光發(fā)射器，激光接收器用于接收激光發(fā)射器發(fā)射并穿過內(nèi)孔的激光，以獲得檢測桿在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移，孔心檢測器件包括光譜共焦傳感器，光譜共焦傳感器用于檢測內(nèi)孔的孔壁以獲得內(nèi)孔不同位置的孔心位置。

進(jìn)一步地，光譜共焦傳感器為多個(gè)且在檢測桿的周向上呈均勻布置。

進(jìn)一步地，光譜共焦傳感器為3個(gè)或4個(gè)。

進(jìn)一步地，光譜共焦傳感器設(shè)置在靠近激光接收器的位置。

進(jìn)一步地，還包括回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于使檢測桿在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在檢測平臺(tái)上的回轉(zhuǎn)臺(tái)，用于支承待檢測零件并驅(qū)動(dòng)待檢測零件相對于檢測桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線與激光發(fā)射器發(fā)射的激光光線重合。

進(jìn)一步地，光譜共焦傳感器還用于檢測內(nèi)孔的孔壁以獲得內(nèi)孔不同位置的直徑。

尤其地，內(nèi)孔的直徑≤20mm。

進(jìn)一步地，激光接收器還能夠用于接收激光發(fā)射器發(fā)射并穿過內(nèi)孔的激光以獲得檢測桿在內(nèi)孔的延伸方向的孔向位移。

進(jìn)一步地，定位系統(tǒng)包括立柱、橫梁、豎向滑座以及橫向滑座，立柱豎向設(shè)置在檢測平臺(tái)上，橫梁通過豎向滑座橫向設(shè)置在立柱上，檢測桿通過橫向滑座設(shè)置在橫梁上，工控系統(tǒng)通過豎向滑座和橫向滑座分別控制檢測桿的豎向移動(dòng)和橫向移動(dòng)。

本發(fā)明還相應(yīng)地提供了一種上述內(nèi)孔圓柱度檢測裝置的檢測方法，其包括：

利用位移檢測器件檢測檢測桿在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移；

利用孔心檢測器件檢測內(nèi)孔不同位置的孔心位置，根據(jù)徑向位移和孔心位置獲得內(nèi)孔的圓柱度。

由此，基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的內(nèi)孔圓柱度檢測裝置及其檢測方法利用在檢測平臺(tái)上設(shè)置檢測桿，通過檢測桿伸入待檢測零件的內(nèi)孔的一端并利用位移檢測器件和孔心檢測器件分別檢測檢測桿在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移和內(nèi)孔不同位置的孔心位置，工控系統(tǒng)根據(jù)徑向位移和孔心位置獲得內(nèi)孔的圓柱度，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置及其檢測方法易于實(shí)現(xiàn)，調(diào)整方便，尤其能夠滿足直徑不大于20mm的不連續(xù)間歇內(nèi)孔高精度測量，具有較高的可實(shí)施性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置中檢測桿的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置中檢測桿伸入內(nèi)孔的端部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖2中a-a位置處的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

各附圖標(biāo)記分別代表：

1、檢測平臺(tái)；2、回轉(zhuǎn)臺(tái)；3、激光發(fā)射器；4、待檢測零件；5、檢測桿；6、橫梁；7、橫向滑座；8、電纜線；9、豎向滑座；10、工控機(jī)；11、立柱；12、激光接收器；13、光譜共焦傳感器。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式是為了便于對本發(fā)明的構(gòu)思、所解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征和帶來的技術(shù)效果有更進(jìn)一步的說明。需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所述的本發(fā)明的實(shí)施方式中涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，在本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置一個(gè)示意性的實(shí)施例中，內(nèi)孔圓柱度檢測裝置用于檢測待檢測零件4的內(nèi)孔的圓柱度，其包括檢測平臺(tái)1、檢測桿5、位移檢測器件、孔心檢測器件、定位系統(tǒng)以及工控系統(tǒng)，檢測平臺(tái)1用于支撐待檢測零件4，具有隔振與調(diào)平功能；定位系統(tǒng)用于對一端伸入內(nèi)孔的檢測桿5進(jìn)行定位，檢測桿5用于伸入內(nèi)孔的一端，位移檢測器件用于檢測檢測桿5在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移，孔心檢測器件設(shè)置在檢測桿5內(nèi)并用于檢測內(nèi)孔不同位置的孔心位置，工控系統(tǒng)用于控制定位系統(tǒng)以改變檢測桿5伸入內(nèi)孔的位置并根據(jù)徑向位移和孔心位置獲得內(nèi)孔的圓柱度。

在該示意性的實(shí)施例中，內(nèi)孔圓柱度檢測裝置利用在檢測平臺(tái)1上設(shè)置檢測桿5，通過檢測桿5伸入待檢測零件4的內(nèi)孔的一端并利用位移檢測器件和孔心檢測器件分別檢測檢測桿5在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移和內(nèi)孔不同位置的孔心位置，徑向位移能夠表征檢測桿5相對于檢測平臺(tái)1在內(nèi)孔徑向方向上位置變化，而孔心位置能夠表征內(nèi)孔孔心相對于檢測桿5的位置，這樣工控系統(tǒng)根據(jù)通過結(jié)合徑向位移和孔心位置兩個(gè)參數(shù)即可獲得內(nèi)孔孔心相對于檢測平臺(tái)1的位置變化，繼而獲得內(nèi)孔的圓柱度，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置及其檢測方法易于實(shí)現(xiàn)，調(diào)整方便，尤其能夠滿足直徑不大于20mm的不連續(xù)間歇內(nèi)孔高精度測量，具有較高的可實(shí)施性。

上述示意性的實(shí)施例只是為了說明本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，結(jié)合圖1～圖4所示，位移檢測器件包括設(shè)置在檢測桿5伸入內(nèi)孔一端上的激光接收器12以及設(shè)置在檢測平臺(tái)1上的激光發(fā)射器3，激光接收器12用于接收激光發(fā)射器3發(fā)射并穿過內(nèi)孔的激光，以獲得檢測桿5在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移，孔心檢測器件包括光譜共焦傳感器13，光譜共焦傳感器13用于檢測內(nèi)孔的孔壁以獲得內(nèi)孔不同位置的孔心位置。主要由激光接收器12和激光發(fā)射器3組成的位移檢測器件能夠精確地檢測檢測桿5在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移且易于獲取，可實(shí)施性較高。主要由光譜共焦傳感器13組成的孔心檢測器件也能夠準(zhǔn)確地檢測內(nèi)孔不同位置的孔心位置且屬于市售器件，易于獲取，具有較高的可實(shí)施性。

光譜共焦傳感器13可以是一個(gè)，此時(shí)需要設(shè)置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來使檢測桿5在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)來獲得內(nèi)孔不同位置的孔心位置。當(dāng)然也可以優(yōu)選地為多個(gè)且在檢測桿5的周向上呈均勻布置，例如3個(gè)或者更多個(gè)，在檢測桿5的周向上呈均勻布置的多個(gè)光譜共焦傳感器13可以在各方向獲得其對應(yīng)的孔壁信息，無需檢測桿5在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)對內(nèi)孔不同位置的孔心位置檢測。尤其地，光譜共焦傳感器13優(yōu)選地為如圖4所示的4個(gè)，這樣可以在各相鄰的兩個(gè)垂直方向上對孔壁信息進(jìn)行檢測，實(shí)踐表明具有非常好的檢測效果，可靠穩(wěn)定。其中，優(yōu)選地，光譜共焦傳感器13設(shè)置在靠近激光接收器12的位置，這樣有利于確保圓柱度的準(zhǔn)確性，減小誤差。

上述實(shí)施例里中已提到過，光譜共焦傳感器13為一個(gè)時(shí)需要設(shè)置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)然，光譜共焦傳感器13為多個(gè)時(shí)也可以設(shè)置回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用于使檢測桿5在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)置可以使得多個(gè)光譜共焦傳感器13中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)可以通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來使得檢測桿5在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對內(nèi)孔不同位置的孔心位置檢測，確保檢測可靠性。

檢測桿5在內(nèi)孔內(nèi)相對于待檢測零件4發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過使檢測桿5相對于檢測平臺(tái)1轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，也可以優(yōu)選地以如圖1所示結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在檢測平臺(tái)1上的回轉(zhuǎn)臺(tái)2，用于支承待檢測零件4并驅(qū)動(dòng)待檢測零件4相對于檢測桿5發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，通過在檢測平臺(tái)1上設(shè)置回轉(zhuǎn)臺(tái)2來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)易于實(shí)施且具有較高的回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，回轉(zhuǎn)臺(tái)2的回轉(zhuǎn)軸線與激光發(fā)射器3發(fā)射的激光光線重合，這樣有利于提高內(nèi)孔的圓柱度的檢測精確度。

在上述實(shí)施例中，光譜共焦傳感器13還能夠用于檢測內(nèi)孔的孔壁以獲得內(nèi)孔不同位置的直徑，也就是說本發(fā)明不僅能夠檢測內(nèi)孔的圓柱度，還可以檢測內(nèi)孔的直徑，提高其適用范圍。同理地，激光接收器12還能夠用于接收激光發(fā)射器3發(fā)射并穿過內(nèi)孔的激光以獲得檢測桿5在內(nèi)孔的延伸方向的孔向位移，從而使得工控系統(tǒng)準(zhǔn)確地對檢測桿5伸入內(nèi)孔的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，具有較高的可實(shí)施性。

在本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置一個(gè)優(yōu)選的或具體的實(shí)施例中，定位系統(tǒng)包括立柱11、橫梁6、豎向滑座9以及橫向滑座7，立柱11豎向設(shè)置在檢測平臺(tái)1上，橫梁6通過豎向滑座9橫向設(shè)置在立柱11上，檢測桿5通過橫向滑座7設(shè)置在橫梁6上，工控系統(tǒng)通過控制豎向滑座9和橫向滑座7分別控制檢測桿5的豎向移動(dòng)和橫向移動(dòng)，利用簡單的結(jié)構(gòu)對檢測桿5進(jìn)行移動(dòng)定位，工控系統(tǒng)具體地包括工控機(jī)10和電纜線8，檢測桿5、豎向滑座9以及橫向滑座7通過電纜線8與工控機(jī)10進(jìn)行信息通信。

下面以圖1所示的實(shí)施例為例來說明本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置的工作過程如下：

在檢測前，將待檢測零件4定位、裝夾在回轉(zhuǎn)臺(tái)2上。根據(jù)待檢測零件4的外觀尺寸，調(diào)整橫向滑座7和豎向滑座9，使得檢測桿5前端置于內(nèi)孔上部，確保激光發(fā)射器3發(fā)出的激光照射在激光接收器12(優(yōu)選地為psd激光接收器)上、光譜共焦傳感器13檢測到孔壁信息。

在檢測過程中，在工控機(jī)10控制豎向滑座9沿著立柱11上的導(dǎo)軌滑動(dòng)并定位，驅(qū)動(dòng)檢測桿5定位在內(nèi)孔軸向的若干位置；在每個(gè)檢測位置，工控機(jī)10分別與激光接收器12和光譜共焦傳感器13通信，采集各個(gè)檢測位置的徑向位移和孔心位置的數(shù)據(jù)；工控機(jī)10采用數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算內(nèi)孔的直徑與圓柱度；基于計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程控制，并將數(shù)據(jù)傳輸給mes系統(tǒng)。

實(shí)踐表明：本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)；

(2)光譜共焦傳感器最小直徑可達(dá)￠4mm，分辨率可達(dá)0.3μm，適合小孔高精測量；

(3)光譜共焦傳感器與psd激光接收器配合使用，易于實(shí)現(xiàn)高精度測量；

(4)覆蓋被測孔徑范圍為￠5mm～￠20mm，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)孔、間歇孔、短孔等孔檢測，適用范圍廣；

(5)一次檢測操作，同時(shí)獲得直徑與圓柱度兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，節(jié)約檢測設(shè)備與檢測成本；

(6)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)計(jì)過程控制、監(jiān)控間歇小孔加工質(zhì)量；

(7)與mes系統(tǒng)互聯(lián)通信，為間歇小孔智能制造奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

本發(fā)明相應(yīng)地還提供了一種上述內(nèi)孔圓柱度檢測裝置的檢測方法，包括：

利用位移檢測器件檢測檢測桿5在內(nèi)孔徑向方向上的徑向位移；

利用孔心檢測器件檢測內(nèi)孔不同位置的孔心位置，根據(jù)徑向位移和孔心位置獲得內(nèi)孔的圓柱度。

由于本發(fā)明內(nèi)孔圓柱度檢測裝置能夠方便準(zhǔn)確地檢測待檢測零件的內(nèi)孔圓柱度，相應(yīng)地，其檢測方法也具有上述的有益技術(shù)效果，在此不再贅述。

以上結(jié)合的實(shí)施例對于本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)精神的情況下對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、等效替換和變型仍落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。