基于超聲波測厚儀的深孔直線度檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深孔軸線直線度檢測的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于超聲波測厚儀的深孔直線度檢測方法，這是一種考慮壁厚和內(nèi)外表面誤差的深孔直線度超聲波多點(diǎn)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深孔軸線直線度的檢測方法有測壁厚法、激光測量法、量規(guī)測量法、臂桿測量法、望遠(yuǎn)鏡測量法等，這些方法或是沒有考慮工件內(nèi)外圓表面質(zhì)量對(duì)測量結(jié)果的影響，或是受到孔徑太小的限制而不能用于測量孔徑過小的深孔工件。
[0003]現(xiàn)有的深孔軸線直線度檢測的方法大都是在一個(gè)深孔截面上測量三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)來計(jì)算相應(yīng)孔截面的圓心，由于現(xiàn)在加工深孔的條件和技術(shù)的限制，深孔零件的內(nèi)表面實(shí)際情況不可能是標(biāo)準(zhǔn)的圓柱面，即孔截面不是標(biāo)準(zhǔn)的圓，所以只測量三個(gè)點(diǎn)來計(jì)算圓心，方法誤差和偶然誤差過大。
[0004]現(xiàn)有的深孔軸線直線度檢測的方法大都是在孔內(nèi)進(jìn)行測量，由于孔內(nèi)情況很難觀測和控制，所以所測量的點(diǎn)不能保證在同一深孔截面上，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確。另外，僅僅利用超聲波測厚儀測得壁厚，根據(jù)壁厚差去估算深孔軸線直線度，具有原理性誤差。對(duì)于壁厚不變，而深孔軸線彎曲的零件，采用上述方法可能將深孔軸線誤判為直線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:為解決現(xiàn)有深孔軸線直線度檢測方法受制于深孔零件內(nèi)徑小，“三點(diǎn)測量法”偶然誤差大，所測點(diǎn)不能保證在同一深孔截面上等問題，提供一種從深孔零件外壁進(jìn)行檢測，能保證所測點(diǎn)在同一截面上，且能排除方法誤差、降低偶然誤差的深孔直線度超聲波多點(diǎn)檢測裝置。本方案還解決僅根據(jù)超聲波測厚儀所測得的孔的壁厚估算孔的直線度誤差所存在的原理性問題。
[0006]本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
基于超聲波測厚儀的深孔直線度檢測方法，其特征在于包括檢測部分、工件移動(dòng)部分和工件位置檢測部分，所述的檢測部分包括檢測架、超聲波測厚儀探頭、深度千分尺和基準(zhǔn)塊；所述的工件移動(dòng)部分包括夾具、彈簧墊片、六角頭螺釘和導(dǎo)軌；工件位置檢測部分包括一號(hào)光源、二號(hào)光源、光斑定位標(biāo)記一、光斑定位標(biāo)記二、夾具、導(dǎo)軌、彈簧墊片。
[0007]所述的檢測架是一個(gè)正方形平板，中心有一個(gè)可供工件通過的圓孔，平板一角開有可供夾具通過的缺口 ；基準(zhǔn)塊固定在檢測架上，深度千分尺固定于基準(zhǔn)塊上，超聲波測厚儀探頭固定在深度千分尺的測量桿端部。
[0008]所述的夾具左端有防止工件軸向移動(dòng)的凸起部分，右端有便于卡緊工件的螺紋孔，六角頭螺釘通過彈簧墊片與夾具右端的螺紋孔將工件裝夾在夾具上；夾具下側(cè)開有與導(dǎo)軌接觸的V形槽。
[0009]所述的一號(hào)光源、二號(hào)光源為激光光源，一號(hào)光源和二號(hào)光源始終固定不動(dòng)，一號(hào)光源發(fā)出的一號(hào)激光束照射在光斑定位標(biāo)記一上；二號(hào)光源發(fā)出的二號(hào)激光束照射在光斑定位標(biāo)記二上。
[0010]導(dǎo)軌通過兩個(gè)側(cè)面與夾具的V形槽配合，采用現(xiàn)有技術(shù)的螺釘通過夾具右端的螺紋孔可以固定夾具的位置。
[0011]在測量前應(yīng)在工件左端面貼上光斑定位標(biāo)記一，在工件右端面貼上光斑定位標(biāo)記二；光斑定位標(biāo)記一和光斑定位標(biāo)記二在空間位置上沿周向相距90°。裝夾工件時(shí)，工件與夾具左端的凸起接觸，六角頭螺釘穿過彈簧墊片與夾具右端的螺紋孔，將工件夾緊在夾具上。裝夾好工件后，調(diào)整一號(hào)光源的位置直到一號(hào)激光束照射在光斑定位標(biāo)記一上，并固定一號(hào)光源；調(diào)整二號(hào)光源的位置直到，二號(hào)激光束照射在工件上的光斑定位標(biāo)記二上，并固定二號(hào)光源。
[0012]所述的檢測架、一號(hào)光源和二號(hào)光源都固定在同一絕對(duì)坐標(biāo)系內(nèi)，坐標(biāo)原點(diǎn)位于檢測架圓孔的圓心位置。從而在測量前，能確定出檢測架上四個(gè)基準(zhǔn)塊以及一號(hào)光源、二號(hào)光源的坐標(biāo)。
[0013]工件在裝夾到夾具上之前，將工件沿軸向η等分，在等分點(diǎn)處沿外圓面劃360°的圓，孔軸線垂直于圓所在的平面，測量時(shí)4個(gè)超聲波測量頭位于圓所在的平面內(nèi)。
[0014]本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)根據(jù)4個(gè)深度千分尺上的讀數(shù)和4個(gè)超聲波測厚儀探頭探測結(jié)果所取得的讀數(shù)計(jì)算出深孔截面上4個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后在這4個(gè)點(diǎn)中任選三個(gè)點(diǎn)來計(jì)算孔截面的圓心。由于4個(gè)點(diǎn)中選三個(gè)點(diǎn)的組合方式有四種，故每個(gè)深孔截面上能計(jì)算出四個(gè)圓心坐標(biāo)。然后將所有深孔截面上的計(jì)算所得的圓心都投影到絕對(duì)坐標(biāo)系中檢測架所在的平面上，再擬合一個(gè)圓將所有的投影點(diǎn)都圈在圓內(nèi)或圓上，所擬合的最小圓柱的直徑即為所測深孔軸線直線度。
[0015]本發(fā)明相關(guān)主要零部件有:檢測架、基準(zhǔn)塊、深度千分尺、超聲波測厚儀探頭、一號(hào)光源、二號(hào)光源、工件、夾具、導(dǎo)軌、六角頭螺釘、計(jì)算機(jī)。
[0016]綜上所述，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
[0017]基于超聲波測厚儀的深孔直線度檢測方法，包括計(jì)入表面誤差的超聲深孔直線度檢測裝置，其特征在于計(jì)入表面誤差的超聲深孔直線度檢測裝置包括檢測部分、工件移動(dòng)部分和工件位置檢測部分，所述的檢測部分包括檢測架9、超聲波測厚儀探頭10、深度千分尺11、基準(zhǔn)塊12，檢測架9固定在絕對(duì)坐標(biāo)系內(nèi)靜止不動(dòng)，絕對(duì)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于檢測架中間圓孔的圓心位置；超聲波測厚儀探頭10固定在深度千分尺11的測量桿端部；基準(zhǔn)塊12固定在檢測架(9)上，深度千分尺11固定在基準(zhǔn)塊上；所述的工件移動(dòng)部分包括工件4、夾具13、導(dǎo)軌14，工件4裝夾在夾具13上，夾具13置于導(dǎo)軌14上，并可沿導(dǎo)軌移動(dòng)，導(dǎo)軌14固定于檢測架9的下方并穿過檢測架9下方缺口，所測工件4能通過檢測架9中間的圓孔；工件位置檢測部分包括:一號(hào)光源1、二號(hào)光源8、一號(hào)激光束2、二號(hào)激光束7、光斑定位標(biāo)記一 3、光斑定位標(biāo)記二 15，一號(hào)光源I和二號(hào)光源8為激光光源，一號(hào)光源I發(fā)出的一號(hào)激光束2照射在光斑定位標(biāo)記一 3上；二號(hào)光源發(fā)出的二號(hào)激光束7照射在光斑定位標(biāo)記二 15上；在工件外圓表面畫有多個(gè)360°的圓，孔軸線垂直于圓所在的平面，圓將工件4沿軸向η等分，測量時(shí)4個(gè)超聲波測厚儀探頭10與所對(duì)應(yīng)的圓共面。
[0018]檢測方法的步驟如下:第一步，將工件置于夾具上；第二步，移動(dòng)工件并使工件上所畫的第一個(gè)圓與四個(gè)超聲波測厚儀探頭10共面，同時(shí)，保證一號(hào)光源I發(fā)出的一號(hào)激光束2照射在光斑定位標(biāo)記一 3上；二號(hào)光源發(fā)出的二號(hào)激光束7照射在光斑定位標(biāo)記二 15上；第三步，測量并記錄工件4處壁厚:Hn、H12、H13、H14;測量并記錄深度千分尺對(duì)應(yīng)的讀數(shù):Ln、L12, L13, L14;可確定工件孔壁上對(duì)應(yīng)的4個(gè)點(diǎn)A n、A12, A13, A14的坐標(biāo)；第四步，以點(diǎn)A n、A12、A13計(jì)算深孔截面的圓心O n，以點(diǎn)An、A12、A14計(jì)算深孔截面的圓心O 12，以點(diǎn)An、A13、A14計(jì)算深孔截面的圓心013，以點(diǎn)A12、A13, A14計(jì)算深孔截面的圓心O 14;第五步，參照上述步驟求得所畫第i(i = 1、2、3...n+1)個(gè)圓處深孔截面的圓心0i2、0i3、0i4;第六步，求一個(gè)能夠包容O1POmOmOl4且直徑最小的圓柱，根據(jù)該圓柱的直徑求得所測工件4的深孔直線度，利用MATLAB進(jìn)行擬合。
[0020]本發(fā)明的有益效果:第一、能檢測較小內(nèi)徑的深孔軸線直線度；第二、可排除外表自身誤差的影響。第三、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，約提高精度4倍。第四、本發(fā)明借助激光確定工件的位置，與采用百分表等方法相比效率高、操作方便。首先，本發(fā)明檢測的數(shù)據(jù)包括兩部分，即壁厚和深孔零件外表面及內(nèi)表面的形貌信息。本發(fā)明所求得的深孔直線度更具有科學(xué)性。其次，每次測量時(shí)整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，能避免測量過程中震動(dòng)引起的測量誤差；從深孔零件外壁畫圓進(jìn)行檢測，能保證所測點(diǎn)在同一截面上。最后，現(xiàn)有技術(shù)中由截面三個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)圓心，根據(jù)各個(gè)截面的