CN112595247B - 一种深盲孔型腔智能测量*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深盲孔型腔智能测量***，包括测量平台、位移传感器、推进机构和定位机构，测量平台的两侧与型腔内壁相接触，位移传感器安装在测量平台前端且安装位置与测量平台的轴线重合，位移传感器设置在型腔内割线的纵向垂直平面上，位移传感器的测头与待测工件型腔壁接触；推进机构包括电机一和丝杠一，电机一用于驱动丝杠一转动，测量平台的一侧固定在丝杠一上的螺母上，定位机构包括圆柱直线导轨，测量平台的另一侧固定在圆柱直线导轨上的滑块上。该深盲孔型腔智能测量***，传感器能够实现自动对中，且该测量***能够连续测量待测面的位移数据，具有较高的测量精度。

Description

一种深盲孔型腔智能测量***

技术领域

本发明涉及盲孔型腔测量技术领域，特别是涉及一种深盲孔型腔智能测量***。

背景技术

起落架与机体同寿是现代高寿命飞机的普遍要求，对于起落架的主要承力件，在结构上由整体模锻件替代焊接件；起落架外筒、活塞杆类零件的内孔多为深孔变截面的复杂型腔结构，由此深孔变截面复杂型腔的加工、检测成为起落架制造的关键技术。目前，在起落架大规格整体锻件的机械加工中，起落架深长孔和交叉轴的加工方面进行一些工艺研究，但在大型零件深孔变截面及复杂型腔的检测等方面还是空白。

某型号起落架外筒内孔底部具有球型腔，深度达1500㎝，在距离孔口深 1200㎝有环形槽，具有复杂的变截面，且为盲孔型腔。该内孔结构加工的精度，将直接影响起落架性能和飞行安全。目前，上述结构的成型尺寸无法在机直接测量，以至零件内孔加工成型后，若不合格无法返修，造成巨大损失。如何对外筒、活塞杆深孔变截面复杂型腔准确检测，实现NC程序代码验证、加工过程工艺参数修正，对提高此类起落架零件加工精度具有重要的研究意义。

现有的深孔测量中分为接触测量、非接触测量和内嵌式测量，其中接触测量常采用三坐标测量机和测量臂进行测量，将待测量工件放置在三坐标测量机或测量臂的测量空间(测头可到达的空间)内，自动或手动操作测头使之与待测表面接触，通过驱动机构的反馈得到测头在三维空间中的坐标，经过测头半径补偿后即可得到待测表面点的三维坐标。传统接触测量效率低，只能获取少量的测量点；依赖复杂的驱动定位装置，测量精度受制于机械装置的加工制造精度；灵活性和通用新低，针对不同尺寸结构的深孔型腔需要更换测头等装置。

非接触测量主要采用气动式测量机或光学测量仪器。光学测量以激光三角法测量为代表，但对待测工件要求内部无油污、无铁削、内孔型腔表面洁净，企业实际待测量工件为才加工完成的产品或维修的工件，无法做到内孔表面的洁净环境，测量精度无法得到保障。气动式测量机对环境条件要求苛刻，在测量不同孔径等参数时，需要制造不同的校准规后才能使用，难以做成通用性测量装置。

此外，采用内嵌式测量装置构型，要将测量装置内嵌入测量型腔，首先考虑的是装置构型的结构，应尽量减少和待测件的接触面积，避免检测装置划伤工件；其次应考虑测量装置的通用性问题，由装置构型来解决测量不同孔径工件型腔的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种深盲孔型腔智能测量***，以解决上述现有技术存在的问题，传感器能够实现自动对中，且该测量***能够连续测量待测面的位移数据，具有较高的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种深盲孔型腔智能测量***，包括测量平台、位移传感器、推进机构和定位机构，所述测量平台的两侧与型腔内壁相接触，所述位移传感器安装在所述测量平台前端且安装位置与测量平台的轴线重合，所述位移传感器设置在型腔内割线的纵向垂直平面上，所述位移传感器的测头与待测工件型腔壁接触；所述推进机构包括电机一和丝杠一，所述电机一用于驱动所述丝杠一转动，所述测量平台的一侧固定在所述丝杠一上的螺母上，所述定位机构包括圆柱直线导轨，所述测量平台的另一侧固定在所述圆柱直线导轨上的滑块上。

优选地，所述定位机构还包括有三角直线滑轨，所述三角直线滑轨安装于所述测量平台的中轴线上；所述三角直线滑轨一侧布置有用于测量所述位移传感器推进进度的光栅尺。

优选地，所述测量平台上设置有摄像头，所述摄像头用于将视觉画面反馈给工控机。

优选地，所述测量平台内设置有电机三、竖直圆柱直线导轨、丝杠二和升降微调平台，垂直于测量平台的所述竖直圆柱直线导轨和丝杠二对称穿过所述升降微调平台的两侧；设置于所述测量平台上方的电机三用于驱动所述丝杠二转动，平行与所述测量平台的所述升降微调平台可沿所述竖直圆柱直线导轨和丝杠二上下移动。

优选地，所述升降微调平台的前端中线位置固定有夹持装置，所述夹持装置用于夹持所述位移传感器。

优选地，所述测量平台内还设置有电机二，所述电机二为直线丝杠电机，丝杠一端的丝杠附件套与所述夹持装置相连，所述电机二与夹持装置之间设置有光栅尺。

优选地，所述测量平台内还设置有左三角直线滑轨和右三角直线滑轨，左三角直线滑轨和右三角直线滑轨分别设置于所述测量平台的两侧，且所述升降微调平台的两端滑动配合在所述左三角直线滑轨和右三角直线滑轨上。

优选地，所述位移传感器采用回弹式位移传感器，且所述位移传感器的精度为1um。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

(1)本发明中的深盲孔型腔智能测量***，合理配置测量装置的结构参数，设计并制造测量平台，能适用多尺寸孔径型腔测量任务。测量平台具有线性运动及精确位移，具有型腔内孔接触式测量功能。

(2)建立测量平台的测量坐标系，采用扫描接触待测工件截面，建立测量装置与待测工件的空间函数关系，能够测量待测工件的圆弧半径、环形槽深度、倒角高度等数据。

(3)研究测量数据的拟合方法和精度补偿算法，提高测量装置补偿精度。

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发明的一些实施例，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为深盲孔型腔智能测量***结构原理图；

图2为测量平台俯视图；

图3为测量平台工作状态俯视图；

图4为测量平台工作状态侧视图；

图5为测量平台正面视图；

其中，1位移传感器安装面；2待测工件圆柱轴心；3测量平台放置平面；4三角直线滑轨；5位移传感器；6摄像头；7丝杠一；8电机一；9电机二； 10电机三；11测量平台；12夹持装置；13圆柱直线导轨；14左三角直线滑轨；15竖直圆柱直线导轨；16测头；17丝杠二；18右三角直线滑轨；19升降微调平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种深盲孔型腔智能测量***，以解决上述现有技术存在的问题，传感器能够实现自动对中，且该测量***能够连续测量待测面的位移数据，具有较高的测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-5所示，本实施例提供一种深盲孔型腔智能测量***，包括测量平台11、位移传感器5、推进机构和定位机构，测量平台11的两侧与型腔内壁相接触，位移传感器5安装在测量平台11前端且安装位置与测量平台11的轴线重合，位移传感器5设置在型腔内割线的纵向垂直平面上，位移传感器5 的测头16与待测工件型腔壁接触；推进机构包括电机一8和丝杠一7，电机一8用于驱动丝杠一7转动，测量平台11的一侧固定在丝杠一7上的螺母上，定位机构包括圆柱直线导轨13，测量平台11的另一侧固定在圆柱直线导轨13 上的滑块上。

如图1所示，为盲孔测量***结构原理图，将测量平台11放置入待测量圆柱型腔内部，图1中测量平台放置平面3为型腔内横向平面，测量平台11 位于此处；测头16或位移传感器5设置图1中的位移传感器安装面1，其设置在型腔内的割线的纵向垂直平面上。该结构能使位移传感器5自动对中操作 (找到圆柱的过圆心的测量点)。

如图2和4所示，测量装置由推进机构、测量平台11、定位机构构成。推进机构由电机一8、丝杠一7构成，能够实现推进测量平台11。定位机构为圆柱直线导轨13和三角直线滑轨4构成，圆柱直线导轨13和丝杠一7使测量平台11保持与测量平台放置平面3平行，三角直线导轨4安置于测量平台放置平面3的中轴线上，起到辅助定位测量平台11，使位移传感器5始终处于图1中的位移传感器安装面1上，其次，降低测量平台11运动过程中的晃动，使其平滑运动，三角直线滑轨4旁布置有光栅尺用于测量位移传感器5推进进度。测量平台11由摄像头6、电机二9、电机三10、夹持装置12部件构成，摄像头6用于反馈给工控机视觉画面，用于操作员观察内部实际测量状态，调节传感器姿态。电机二9提供位移传感器5实现20cm推进伸缩功能(电机二 9为直线丝杠电机，电机二9的丝杠一端的丝杠附件套与夹持装置12相连。同样直线丝杠电机布置在中轴线上，夹持装置12安置在升降微调平台19内部的长方形滑动轨道内。电机二9提供伸缩动能，电机二9与夹持装置12间安置有光栅尺，反馈伸缩尺寸)，可提供复杂型腔测量任务，电机三10为微型电机，可提供位移传感器5的升降功能。电机三10为测量时，因为接触测量，为方便适用多型号内径型腔的测量任务，提升或降低位移传感器5。位移传感器5采用微型回弹式高精度位移传感器，精度达1um。测量采用接触式测量，高精度位移传感器的测头16与待测工件型腔接触，通过电机一8推动，连续测量出传感器与待测面的位移数据。

具体的，测量平台11内设有竖直圆柱直线导轨15、丝杠二17、升降微调平台19，竖直圆柱直线导轨15、丝杠二17穿过升降微调平台19，电机三10 位于测量平台11上方，驱动丝杠二17。夹持装置12设置在升降微调平台19 内中线位置，前端固定位移传感器5，后端连接电机二9及运动组件，夹持装置12和电机二9随升降微调平台19一起升降。

如图3，通过电机一8可将测量平台11推进至端部，电机二9可继续对位移传感器5进行二级推进，便于对内部复杂型腔结构的测量。该深盲孔型腔智能测量***，因电机一8、电机二9、电机三10提供三级调节功能。电机一 8提供推进平台功能，电机二9提供位移5传感器的20cm推进伸缩功能，可提供小空间测量功能。电机三10为测量时接触测量，为方便适用多型号内径型腔的测量任务，提升或降低测量传感器。

如图5，测量平台11为整个测量装置的测量核心器件，实现传感器的升降微调和伸缩推进操作。由图5中，具有电机三10、摄像头6、左三角直线滑轨14、右三角直线滑轨18和竖直圆柱直线导轨15、丝杠二17构成。传感器安装必须符合图1中圆中割线的垂线上，运动中平台定位依赖图2中的三角直线滑轨4。电机三10、丝杠二17、左右三角直线滑轨和竖直圆柱直线导轨15 构成测量传感器的微调升降机构，电机三10和丝杠二17构成升降动力，竖直圆柱直线导轨15和丝杠二17所构成的平面垂直于测量装置平面，用于定位夹持装置12，左右三角直线滑轨用于防止运动过程中的晃动和提高精确定位运动。左三角直线滑轨后安置有光栅尺，用于计量微调运动距离。

左三角直线滑轨14和右三角直线滑轨18只看见侧面，内嵌在测量平台 11内，选用的微型滑轨，体积较小。左三角直线滑轨14也可以不要，因有竖直圆柱形直线导轨15在左侧，加装只是为了防止在升降过程中传感器不垂直测量平台11，造成测量精度误差。夹持装置12是随升降微调平台19运动的。在推进位移传感器5时，是在升降微调平台19内滑动。

微调升降机构具有如下功能，1能实现接触式位移传感器上下移动，可使测量装置适用于多种直径型腔测量；2能实现测量一些特殊复杂结构，如：圆柱内的环形凹槽，控制测头伸缩退出测量凹槽，防止测头水平移动造成损坏。

于本实施例中，测量装置底座平台两侧设计为圆弧形，便于与待测型腔接触。并设计有凹槽设置滚珠，方便滑动入型腔内部，减少与型腔的接触面，减少型腔的接触破坏，同时提高测量装置使用寿命。

本发明中深盲孔型腔智能测量***的测量过程如下：

第一步：将测量***放置入待测型腔。

第二步：通过工控机，通过电机三10升降调节，使位移传感器5接触到待测型腔内壁，进行接触式测量。

第三步：工控机控制电机一8推动测量平台11前进，位移传感器5实时回传位移传感器数据，同步读取光栅马尺前进度，摄像头6回传内部实时状态。

第四步：在位移传感器5运动过程中，工控机实时通过最小二乘法拟合算法，拟合出稳定的位移传感器5所测得的待测型腔接触面轴线方程，并计算出该轴线与测量装置中轴线的平行度。通过测量平台11上的位移传感器5纵向移动测量，得到测量平台11与待测工件内孔的距离数据，可求出测量平台11 与待测工件内孔垂直截面的平行度(理论上是平行的，实际因测量装置加工误差、放置位置等)及函数关系，可建立以测量装置为原点的测量坐标系。

第五步：在型腔具体测量位置，如：圆弧倒角、凸台等位置，工控机控制电机二9控制伸出位移传感器5与测量位置进行接触，并反馈回实时数据，所测量的数据结合步骤四中的平行度，进行测量补偿计算，提高测量精度，得出关键位置测量数据。

所测量的数据送回工控机，采用接触式扫描测量大量数据，工控机采用最小二乘法拟合算法，计算测量型腔的测量点圆弧半径、圆台高度等。通过计算相对于测量平台的平衡度，可提高测量装置的精度。

第六步：出测量报告，回收测量装置。

本发明的深盲孔型腔智能测量***，研究的是大口径深孔测量，三坐标测量机和测量臂无法深入到型腔内部进行测量工作。本发明可以综合提高测量精度；扫描式测量可提高接触式测量点数据量，为后期进行数据拟合提供大量的数据，从而提高测量的补偿精度；接触式测量不要求工件内部过高的洁净度，方便快捷测量；便携式装置构型设计，解决多尺寸工件孔径型腔测量通用性的难题。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种深盲孔型腔智能测量***，其特征在于：包括测量平台、位移传感器、推进机构和定位机构，所述测量平台的两侧与型腔内壁相接触，所述位移传感器安装在所述测量平台前端且安装位置与测量平台的轴线重合，所述位移传感器设置在型腔内割线的纵向垂直平面上，所述位移传感器的测头与待测工件型腔壁接触；所述推进机构包括电机一和丝杠一，所述电机一用于驱动所述丝杠一转动，所述测量平台的一侧固定在所述丝杠一上的螺母上，所述定位机构包括圆柱直线导轨，所述测量平台的另一侧固定在所述圆柱直线导轨上的滑块上；

所述定位机构还包括有三角直线滑轨，所述三角直线滑轨安装于所述测量平台的中轴线上；所述三角直线滑轨一侧布置有用于测量所述位移传感器推进进度的光栅尺；

所述测量平台内设置有电机三、竖直圆柱直线导轨、丝杠二和升降微调平台，垂直于测量平台的所述竖直圆柱直线导轨和丝杠二对称穿过所述升降微调平台的两侧；设置于所述测量平台上方的电机三用于驱动所述丝杠二转动，平行与所述测量平台的所述升降微调平台可沿所述竖直圆柱直线导轨和丝杠二上下移动；所述升降微调平台的前端中线位置固定有夹持装置，所述夹持装置用于夹持所述位移传感器。

2.根据权利要求1所述的深盲孔型腔智能测量***，其特征在于：所述测量平台上设置有摄像头，所述摄像头用于将视觉画面反馈给工控机。

3.根据权利要求1所述的深盲孔型腔智能测量***，其特征在于：所述测量平台内还设置有电机二，所述电机二为直线丝杠电机，直线丝杠电机中丝杠一端的丝杠附件套与所述夹持装置相连，所述电机二与夹持装置之间设置有光栅尺。

4.根据权利要求1所述的深盲孔型腔智能测量***，其特征在于：所述测量平台内还设置有左三角直线滑轨和右三角直线滑轨，左三角直线滑轨和右三角直线滑轨分别设置于所述测量平台的两侧，且所述升降微调平台的两端滑动配合在所述左三角直线滑轨和右三角直线滑轨上。

5.根据权利要求1所述的深盲孔型腔智能测量***，其特征在于：所述位移传感器采用回弹式位移传感器，且所述位移传感器的精度为1um。

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