CN105300321B - 一种小直径深孔同轴度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小直径深孔同轴度检测方法，在深孔一端设置靶标坐标采集设备，在深孔中设置检测装置，所述检测装置上设置有若干靶标；所述检测装置在深孔中被推移到不同深度位置停止，所述靶标坐标采集设备在检测装置的停止位置采集所述靶标的坐标值，测量得到该处深孔圆心坐标值，通过不同深度停止位置的圆心坐标值，测量得到深孔轴线在径向方向的变化值，通过不同深度停止位置的靶标坐标值，测量得到深孔直径变化值。所述靶标坐标采集设备采用摄影测量相机，所述靶标被摄影测量相机检测的一面设置在同一平面上，即靶标平面，所述检测装置在深孔中不同深度位置停止后，所述靶标平面与深孔轴线自动垂直。

Description

一种小直径深孔同轴度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种小直径深孔同轴度检测方法，具体涉及在小直径深孔中不同位置测量圆心的方法以及测量直径的方法。本发明还涉及一种小直径深孔同轴度检测装置。

背景技术

500m口径球面射电望远镜FAST（Five-hundred-meter Aperture Sphericalradio Telescope）将是国际上最大、最灵敏的射电天文望远镜。利用贵州喀斯特洼坑作为台址，在洼坑内铺设球冠状反射面，通过主动控制形成抛物面以汇聚电磁波，采用轻型钢索拖动馈源平台实现望远镜的指向跟踪。

FAST主动反射面基准面是一个口径500m、半径300m的球面，由主体支承结构、促动器、反射面单元组成。主动反射面主体支承结构由圈梁和格构柱以及格构柱基础、主索网、下拉索组成。主索网为短程线型三角形网格，三角形反射面单元安装在主索网上，边长约为10.4m～12.4m，数量约4300块。

在望远镜观测时，采用促动器驱动下拉索方式改变反射面单元面形，以跟踪天体。促动器为机、电、液一体化单元，工作于贵州黔南潮湿洼地中，始终承受最大7～15吨拉力变载荷作用，平均速度约0.2mm/s，数量为2225 套。

促动器中设置有液压缸，其中的活塞杆通过下拉索连接反射面单元，液压缸工作过程中需要监测活塞杆的工作位置，为此设置有磁致伸缩位移传感器，具体设置方式是：在活塞杆杆体中设置轴向的小直径深孔，结构如图1、图2所示。磁致伸缩位移传感器的波导管伸入该小直径深孔1-1中。该小直径深孔的参考尺寸为：直径Φ14mm，孔深1320mm。

在活塞杆中加工小直径深孔，由于孔深较长，加工过程中刀具抖动会越来越明显，深孔轴线方向会产生偏差，直径也会产生偏差，出现斜孔和锥孔现象，加工误差较大的就无法满足设计要求，所以必须进行同轴度检测。现有技术中也有检测深孔同轴度的检测方法和装置，但是检测的深孔直径范围较大，通常50mm以上，检测装置结构较复杂，不容易通过缩小尺寸实现小型化以适应小直径深孔，而且检测装置需要牵引行进，不能用于盲孔检测，只能用于透孔检测。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种小直径深孔同轴度检测方法，可以在小直径深孔中不同位置测量圆心以及测量直径。适应于较小的直径，也适用于盲孔检测。

本发明的目的还在于提供一种小直径深孔同轴度检测装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小直径深孔同轴度检测方法，在深孔一端设置靶标坐标采集设备，在深孔中设置检测装置，所述检测装置上设置有若干靶标；所述检测装置在深孔中被推移到不同深度位置停止，所述靶标坐标采集设备在检测装置的停止位置采集所述靶标的坐标值，测量得到该处深孔圆心坐标值，通过不同深度停止位置的圆心坐标值，测量得到深孔轴线在径向方向的变化值，通过不同深度停止位置的靶标坐标值，测量得到深孔直径变化值。

进一步，所述检测装置上设置有3个支脚，每个支脚上设置1个靶标，3个靶标呈三角形布局，根据深孔直径的变化，其中1个支脚可相对其他两个支脚自动伸缩，使得所述检测装置自动适应深孔直径的变化得到平衡支撑，可伸缩的支脚带动自身的靶标相对其他两个靶标自动移动，可伸缩的支脚与其他两个支脚构成等腰三角形结构。

进一步，所述靶标坐标采集设备采用摄影测量相机，所述靶标被摄影测量相机检测的一面设置在同一平面上，即靶标平面，所述检测装置在深孔中不同深度位置停止后，所述靶标平面与深孔轴线自动垂直。

进一步，所述摄影测量相机的镜头设置有同轴光源，所述深孔设置摄影测量相机的一端作为测量起始端，该端设置有测量基准尺。

进一步，所述检测装置在深孔中的停止位置为3次以上，所述靶标坐标采集设备采集3次以上所述靶标的坐标值；所述检测装置在深孔中通过T型推杆推移，所述推杆上带有刻度，标定所述检测装置在深孔中的深度；或者通过激光测距装置测量所述检测装置在深孔中的深度。

以上所述检测方法中使用的检测装置，所述检测装置上设置有3个支脚，每个支脚上设置1个靶标，3个靶标呈三角形布局，根据深孔直径的变化，其中1个支脚可相对其他两个支脚自动伸缩，使得所述检测装置自动适应深孔直径的变化得到平衡支撑，可伸缩的支脚带动自身的靶标相对其他两个靶标自动移动，可伸缩的支脚与其他两个支脚构成等腰三角形结构。

进一步，所述支脚设置有安装柄，安装柄外端设置有接触头，接触头与深孔壁点接触或线接触；所述安装柄上贴附所述靶标。

进一步，所述接触头呈半球形或弧形板状，弧形板状边角带圆角；所述支脚的材质采用不锈钢或者钨钢。

进一步，所述检测装置中设置有支架，所述支脚设置在支架上，可伸缩的支脚通过弹簧支腿设置在支架上。

进一步，所述支架呈星型，设置有3根支腿，每根支腿的外端安装所述支脚。

采用上述结构设置的一种小直径深孔同轴度检测方法，具有以下优点：

本发明可以在小直径深孔中不同深度位置测量圆心以及测量直径，例如直径10mm左右的深孔。本发明结构简单，适应于较小直径的深孔，也适用于盲孔检测。

本发明中的检测装置依靠弹簧支腿与孔壁形成摩擦力，所以本发明既可以检测水平方向的深孔，也可以检测竖直方向的深孔。

测量精度要求高于产品设计公差1/3即可，本发明摄影测量精度（0.03mm）与活塞杆设计同轴度（0.15或0.2mm）相比，是高于活塞杆设计同轴度1/3的，所以本发明可以满足检测精度要求。

附图说明

图1为需要进行深孔同轴度检测的活塞杆的主视图；

图2为需要进行深孔同轴度检测的活塞杆的立体图；

图3为本发明的检测方法原理图；

图4为本发明的检测方法原理图；

图5为本发明所使用推杆的结构示意图；

图6为本发明的检测装置的结构示意图；

图7为检测装置的支脚的结构三视图；

图8为检测装置的支脚的结构三视图；

图9为检测装置的支脚的结构三视图。

图中：01.圆心；02.圆心；03.圆心；04.圆心；05.圆心；

1.活塞杆；1-1.深孔；

2. 检测装置；2-1. 支脚；2-1-1. 接触头；2-1-2. 安装柄；2-1-3. 靶标；2-2.支架；2-3.弹簧支腿。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。

实施例1

如图3、图4所示为本发明检测方法的实施例之一，在该实施例中，一种小直径深孔同轴度检测方法，在深孔一端设置靶标坐标采集设备，在深孔中设置检测装置，检测装置上设置有若干靶标；检测装置在深孔中被推移到不同深度位置停止，靶标坐标采集设备在检测装置的停止位置采集靶标的坐标值，测量得到该处深孔圆心坐标值，通过不同深度停止位置的圆心坐标值，测量得到深孔轴线在径向方向的变化值，通过不同深度停止位置的靶标坐标值，测量得到深孔直径变化值。

检测装置上设置有3个支脚，每个支脚上设置1个靶标，3个靶标呈三角形布局，根据深孔直径的变化，其中1个支脚可相对其他两个支脚自动伸缩，使得所述检测装置自动适应深孔直径的变化得到平衡支撑，可伸缩的支脚带动自身的靶标相对其他两个靶标自动移动，可伸缩的支脚与其他两个支脚构成等腰三角形结构。

测量原理为利用三点确定圆心和半径的几何方法，再利用多个圆心的连线测量出深孔轴线。为了实现自动化计算，本发明可以采用计算机技术实现计算过程。

靶标坐标采集设备采用摄影测量相机，靶标被摄影测量相机检测的一面设置在同一平面上，即靶标平面，检测装置在深孔中不同深度位置停止后，靶标平面与深孔轴线自动垂直，形成实际轴线的法平面。为了提高观测精度，摄影测量相机的镜头设置有同轴光源，例如圈形光源，向深孔中照射可以提高深孔中的亮度。在测量过程中被测零件和摄影测量相机是固定不动的。

深孔设置摄影测量相机的一端作为测量起始端，该端设置有测量基准尺。基准尺的作用是在测量过程中提供长度基准，其两端各固定一个靶标点，测量前已知两靶标点间的距离。

检测装置在深孔中的停止位置为3处，靶标坐标采集设备采集3次靶标的坐标值。根据孔深的不同，采集次数可以为3次以上，采集次数越多，测量结果越精确。

图3中所示，3处停止位置的靶标分别为A3、B3、C3；A4、B4、C4；A5、B5、C5。测量得到的圆心分别是“03、04、05”。图3中首先测量活塞杆两端的圆心坐标“01、02”，是为了标定设计要求的轴线方向。

测量结果如图4中所示，被测量深孔的轴线与设计值偏差2×δmax。

在上述检测方法中使用的一种小直径深孔同轴度检测装置，结构如图6所示，检测装置2上设置有3个支脚2-1，每个支脚2-1上设置1个靶标2-1-3，3个靶标2-1-3呈三角形布局，根据深孔直径的变化，其中1个支脚可相对其他两个支脚自动伸缩，使得所述检测装置2自动适应深孔直径的变化得到平衡支撑，可伸缩的支脚带动自身的靶标相对其他两个靶标自动移动，可伸缩的支脚与其他两个支脚构成等腰三角形结构。

推动检测装置2前移的工具可以采用“圆盘加推杆”的T型结构。从摄影测量相机一端推动检测装置2朝向另一端移动。如图5所示，推杆上带有刻度，标定检测装置在深孔中的深度；或者通过激光测距装置测量检测装置在深孔中的深度。

支脚2-1设置有安装柄2-1-2，安装柄2-1-2外端设置有接触头2-1-1，接触头2-1-1与深孔壁点接触或线接触；安装柄2-1-2上贴附靶标2-1-3。

如图7所示，接触头2-1-1呈半球形，接触头2-1-1可以采用不锈钢。图6中接触头2-1-1与深孔壁为点接触状态。

这里所谓的点接触和线接触，是以接近几何学上的点接触和线接触为设计目的，但是由于实际物体的微观物理结构，不可能达到几何理论上的点接触和线接触关系，只是一种接近，接触面积尽可能小。

检测装置2中设置有支架2-2，支脚2-1设置在支架2-2上，可伸缩的支脚通过弹簧支腿2-3设置在支架2-2上。本发明中的检测装置依靠弹簧支腿2-3与孔壁形成摩擦力，所以本发明既可以检测水平方向的深孔，也可以检测竖直方向的深孔。

支架2-2呈星型，设置有3根支腿，每根支腿的外端安装支脚2-1。

本发明具有以下特点：

1、对于细长孔易出现孔径变化的锥孔现象，自适应直径调节机构可很好得以补偿；

2、对于细长孔易出现的轴线弯曲现象，利用力平衡原理，自适应调节机构可唯一确定与弯曲轴线垂直的平面，即法平面；

3、目前内孔同轴度检测一般要求内径至少大于50mm以上，本发明摄影测量靶标最小直径3mm，检测装置上设置多个靶标，加上支腿、支脚等装置后，检测装置的尺寸可以小于现有技术中的同类产品，可突破小直径孔瓶颈；

4、摄影测量精度（0.03mm）与活塞杆设计同轴度（0.15或0.2mm）相比，高于活塞杆设计同轴度1/3，满足检测精度要求。

实施例2

如图8、图9所示为本发明实施例2，在该实施例中，接触头2-1-1呈弧形板状，弧形板状边角带圆角；支脚2-1的材质采用钨钢。

图8中接触头2-1-1与深孔壁还是为点接触状态。

图9中接触头2-1-1与深孔壁则为线接触状态。设计为线接触状态可以提高检测装置在深孔中的稳定性。就检测精度来说，以点接触状态为最优。

上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种小直径深孔同轴度检测方法，其特征在于，在深孔一端设置靶标坐标采集设备，在深孔中设置检测装置，所述检测装置上设置有3个 靶标；所述检测装置在深孔中被推移到不同深度位置停止，所述靶标坐标采集设备在检测装置的停止位置采集所述靶标的坐标值，测量得到该处深孔圆心坐标值，通过不同深度停止位置的圆心坐标值，测量得到深孔轴线在径向方向的变化值，通过不同深度停止位置的靶标坐标值，测量得到深孔直径变化值；

所述检测装置上设置有3个支脚，每个支脚上设置1个靶标，3个靶标呈三角形布局，根据深孔直径的变化，其中1个支脚可相对其他两个支脚自动伸缩，使得所述检测装置自动适应深孔直径的变化得到平衡支撑，可伸缩的支脚带动自身的靶标相对其他两个靶标自动移动，可伸缩的支脚与其他两个支脚构成等腰三角形结构。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述靶标坐标采集设备采用摄影测量相机，所述靶标被摄影测量相机检测的一面设置在同一平面上，即靶标平面，所述检测装置在深孔中不同深度位置停止后，所述靶标平面与深孔轴线自动垂直。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述摄影测量相机的镜头设置有同轴光源，所述深孔设置摄影测量相机的一端作为测量起始端，该端设置有测量基准尺。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测装置在深孔中的停止位置为3次以上，所述靶标坐标采集设备采集3次以上所述靶标的坐标值；所述检测装置在深孔中通过T型推杆推移，所述推杆上带有刻度，标定所述检测装置在深孔中的深度；或者通过激光测距装置测量所述检测装置在深孔中的深度。

5.权利要求1-4任一项所述检测方法中使用的检测装置，其特征在于，所述支脚设置有安装柄，安装柄外端设置有接触头，接触头与深孔壁点接触或线接触；所述安装柄上贴附所述靶标。

6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述接触头呈半球形或弧形板状，弧形板状边角带圆角；所述支脚的材质采用不锈钢或者钨钢。

7.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置中设置有支架，所述支脚设置在支架上，可伸缩的支脚通过弹簧支腿设置在支架上。

8.如权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述支架呈星型，设置有3根支腿，每根支腿的外端安装所述支脚。