CN116124057A - 直驱式深孔加工检测装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种直驱式深孔加工检测装置及测量方法，该检测装置包括机座、第一夹持组件、第二夹持组件和测距传感器；所述第一夹持组件固定于所述机座一端，用于夹持待测工件并驱动其绕自身轴线转动，使待测工件上的深孔端口朝向所述机座另一端；所述第二夹持组件以可沿深孔轴向移动的方式设置在所述机座另一端，用于夹持测量导杆一端，并驱动所述测量导杆另一端在深孔内沿深孔的轴向移动；两个所述测距传感器间隔设置在所述测量导杆另一端的外圆周上，用于测量探头与深孔内壁的间距。通过本方案可以实现各类深孔零件直线度及复杂内轮廓的精准检测，检测方式灵活可控，操作方便，检测精度高。

Description

直驱式深孔加工检测装置及测量方法

技术领域

本申请涉及机械零件测量技术领域，尤其涉及一种直驱式深孔加工检测装置及测量方法。

背景技术

深孔是指孔的长度与直径比大于5的孔，深孔加工技术在液压、煤机、工矿机械行业的缸筒、钻杆、支架、机械转轴等工件生产中得到了广泛应用；然而深孔在加工过程中难以观察刀具和工件的相对位置，容易造成深孔误差较大、工件报废等问题，致使其加工精度和加工效率成为深孔加工的难点，因此在加工过程中进行深孔加工检测成为目前常用的重要手段。

深孔加工检测是对深孔加工几何参数和工艺误差进行测量，检测内容主要有：深孔尺寸误差、深孔表面形状误差（孔的直线度误差、圆度误差、圆柱度误差）、深孔表面位置误差（阶梯孔的同轴度误差、孔系轴线平行度及位置误差、孔与端面的垂直度误差）和深孔表面质量（表面粗糙度、表面硬度、表面显微硬度、表面金相组织、表面残余应力等）；其中深孔表面形状误差会直接影响深孔工件的精度、性能和质量，因此，在深孔加工过程中，要实时检测深孔的直线度和轮廓，及时调整刀具和工件的相对位置，提高深孔的加工效率。

但由于深孔的长径比较大、空间有限，目前采用的游标卡尺、内径千分尺、内径百分表等通用量具操作困难，且无法测量深孔的中间部分，测量精度有限，可靠性一般，受操作人员的影响较大，无法满足相关行业的需求，因而需提供一种新型的直驱式深孔加工检测装置。

发明内容

本申请的目的在于提供一种直驱式深孔加工检测装置及测量方法，用以解决现有检测量具操作困难，无法检测深孔的中间部分，测量精度有限、可靠性一般，受操作人员影响较大，无法满足相关行业需求的问题。

具体技术方案如下：

本申请提供的直驱式深孔加工检测装置，包括：

机座；

第一夹持组件，所述第一夹持组件固定于所述机座一端，用于夹持待测工件并驱使其绕自身轴线旋转，使待测工件上的深孔端口朝向所述机座另一端；

第二夹持组件，所述第二夹持组件以可沿深孔轴向移动的方式设置在所述机座另一端，用于夹持测量导杆一端，并驱动所述测量导杆另一端在深孔内沿深孔的轴向移动；

测距传感器，两个所述测距传感器间隔设置在所述测量导杆另一端的外圆周上，用于测量探头与深孔内壁的间距。

本申请提供的直驱式深孔加工检测装置，使用机座固定第一夹持组件，并为第二夹持组件提供移动轨道，促使第二夹持组件移动时测量导杆与深孔外壁的距离理论上恒定；令测量导杆与深孔同轴，利用第二夹持组件带动测量导杆和测距传感器在机座上沿深孔的轴向移动，进而检测不同轴向位置处测距传感器探头与深孔内壁的间距，获得深孔的检测数据。

本申请的检测过程不受深孔空间和操作人员的影响，可以实现各类深孔零件直线度及复杂内轮廓的精准测量，检测方式灵活可控，操作方便，检测精度高，能够满足行业需求。

在本申请的一些实施例中，所述第一夹持组件包括：

工件支座，所述工件支座底部依次与测量平台、机座一端固连；

中空转盘，所述中空转盘以可沿自身轴线转动的方式连接在所述工件支座顶部；

卡盘，所述卡盘固定在所述中空转盘前端面，且与所述中空转盘同中心轴线，所述待测工件同轴穿设在所述中空转盘、卡盘内。

在本申请的一些实施例中，所述中空转盘的外圆周设有齿牙；

所述第一夹持组件还包括：

伺服电机，所述伺服电机固定在所述工件支座顶部；

小齿轮，所述小齿轮的中心与所述伺服电机的输出轴连接，所述小齿轮外圆周与所述齿牙啮合。

在本申请的一些实施例中，所述检测装置还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述第二夹持组件在所述机座上沿深孔轴向移动；

所述驱动组件包括：

电磁定子模块，所述电磁定子模块固定在所述机座顶面，所述电磁定子模块两侧的所述机座上分别设有沿深孔轴向延伸的导轨；

电磁动子模块，所述电磁动子模块设置在进给平台底面，并与所述电磁定子模块间留有间隙；

所述进给平台底部还设有滑动连接在所述导轨上的滑块，顶部与所述第二夹持组件相连。

在本申请的一些实施例中，所述第二夹持组件包括：

中间导向支座，所述中间导向支座底端与所述进给平台固定，顶端设有第二通孔；

后端固定支座，所述后端固定支座底端与所述进给平台固定，顶端设有第三通孔，所述第三通孔圆周上设有固定螺栓；

中空转盘、卡盘、第二通孔和第三通孔的圆心处于同一轴线上。

在本申请的一些实施例中，所述检测装置还包括前导向支座，所述前导向支座底端与所述测量平台固定，顶端设有第一通孔，第一通孔内圆周设有直线轴承；

所述第一通孔的圆心与所述中空转盘的圆心处于同一轴线上。

在本申请的一些实施例中，所述机座上还设有位移传感器，所述位移传感器的信号输出端与所述驱动组件的控制器连接。

本申请提供的直驱式深孔加工检测装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1，将所述待测工件插接在所述第一夹持组件的中空转盘和卡盘内夹紧，所述测量导杆依次插接在所述第二夹持组件的后端固定支座、中间导向支座和前导向支座中，旋紧所述后端固定支座上的固定螺栓；

步骤S2，接通驱动组件中电磁定子模块的电源，利用所述电磁定子模块与电磁动子模块产生的电磁推力带动进给平台在所述机座上移动，促使所述测量导杆另一端在深孔内移动；

步骤S3，开启所述测距传感器和位移传感器，测量不同轴向位置处探头与深孔内壁的间距，据此获得深孔的直线度数据。

本申请提供的直驱式深孔加工检测装置的测量方法，分别将待测工件和测量导杆夹持在第一夹持组件和第二夹持组件中，利用电磁定子模块和电磁动子模块产生的电磁推力驱动进给平台上的滑块在导轨上移动，进而带动第二夹持组件和测量导杆沿待测工件上深孔的轴向移动，测量导杆外圆周的测距传感器检测多个轴向位置处探头与深孔内壁的距离数据，同时可使用位移传感器精准确定测距传感器的轴向位置，以便将深孔的轴向位置与距离数据对应，建立深孔的内部轮廓曲线，获得各类深孔的直线度和内轮廓检测结果。

整个检测过程不受限于深孔的内部空间，能实现各类深孔零件直线度和复杂内轮廓的精准检测，检测方式灵活可控，检测精度高。

在本申请的一些实施例中，还包括：

步骤S4，启动伺服电机，带动所述待测工件转动一定角度，重复步骤S2、步骤S3，获得深孔内不同母线处的测量数据。

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，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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为直驱式深孔加工检测装置的三维结构示意图；

图2为直驱式深孔加工检测装置进入深孔测量的剖面结构示意图；

图3为直驱式深孔加工检测装置到达深孔末端的剖面结构示意图；

图4为使用检测装置测量深孔直线度的过程示意图；

图5为使用检测装置测量复杂内轮廓深孔的示意图。

图中各标号的说明如下：

0-待测工件，1-机座；

2-第一夹持组件，21-工件支座，22-测量平台，23-中空转盘，24-卡盘，25-伺服电机；

3-第二夹持组件，31-前导向支座，32-中间导向支座，33-后端固定支座，331-固定螺栓，34-直线轴承；

4-驱动组件，41-电磁定子模块，42-电磁动子模块，43-进给平台，44-导轨，45-滑块；

5-测量导杆，6-测距传感器，7-位移传感器。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了解决现有检测量具操作困难，无法检测深孔的中间部分，测量精度有限、可靠性一般，受操作人员影响较大，无法满足相关行业需求的问题，本申请实施例提供一种直驱式深孔加工检测装置及测量方法。下面参照说明书附图对本申请实施例提供的直驱式深孔加工检测装置及测量方法进行详细介绍。

如图1和图2所示，本申请实施例提供的直驱式深孔加工检测装置，包括机座1、第一夹持组件2、第二夹持组件3和测距传感器6。

第一夹持组件2固定于机座1一端，用于夹持待测工件0并驱动其绕自身轴线旋转，使待测工件0上的深孔端口朝向机座1另一端；第二夹持组件3以可沿深孔轴向移动的方式设置在机座1另一端，用于夹持测量导杆5一端，并驱动测量导杆5另一端在深孔内沿深孔的轴向移动。

两个测距传感器6间隔设置在测量导杆5另一端的外圆周上，用于测量探头与深孔内壁的间距。

其中，测距传感器6可根据实际需求选用激光测距传感器、红外测距传感器等。

本申请提供的直驱式深孔加工检测装置，使用机座1固定第一夹持组件2，并为第二夹持组件3提供移动轨道，促使第二夹持组件3移动时测量导杆5与深孔外壁的距离理论上恒定；令测量导杆5与深孔同轴，如图3所示，利用第二夹持组件3带动测量导杆5和测距传感器6在机座1上沿深孔的轴向移动，进而检测不同轴向位置处测距传感器6探头与深孔内壁的间距，获得深孔的检测数据。

如图5所示，本申请的检测过程不受深孔空间和操作人员的影响，可以实现各类深孔零件直线度及复杂内轮廓的精准测量，检测方式灵活可控，操作方便，检测精度高，能够满足行业需求。

在本申请的一些实施例中，第一夹持组件2包括工件支座21、中空转盘23和卡盘24。

工件支座21底部依次与测量平台22、机座1一端固连；中空转盘23以可沿自身轴线转动的方式连接在工件支座21顶部；卡盘24固定在中空转盘23前端面，且与中空转盘23同中心轴线，待测工件0同轴穿设在中空转盘23、卡盘24内。

该实施例中，利用测量平台22和工件支座21支撑中空转盘23和卡盘24，将待测工件0***中空转盘23和卡盘24中，锁紧卡盘24夹紧待测工件0，避免其滑落或偏移。

在本申请的一些实施例中，中空转盘23的外圆周设有齿牙。

第一夹持组件2还包括伺服电机25和小齿轮，伺服电机25固定在工件支座21顶部；小齿轮的中心与伺服电机25的输出轴连接，小齿轮外圆周与中空转盘23外圆周的齿牙啮合。

该实施例中，通过伺服电机25带动小齿轮以及与小齿轮啮合的中空转盘23转动，进而带动中空转盘23前端面的卡盘24和穿设其中的待测工件0在工件支座21上转动，以测量测距传感器6探头距离深孔内不同母线处的间距，基于此构建不同轴向位置处深孔的三维轮廓，以获得深孔的圆柱度和圆度检测情况，使检测装置的使用范围扩大。

在本申请的一些实施例中，检测装置还包括驱动组件4，驱动组件4用于驱动第二夹持组件3在机座1上沿深孔轴向移动。

驱动组件4包括电磁定子模块41、电磁动子模块42，电磁定子模块41固定在机座1另一端的顶面，电磁定子模块41两侧的机座1上分别设有沿深孔轴向延伸的导轨44。

电磁动子模块42设置在进给平台43底面，并与电磁定子模块41间留有间隙；进给平台43底部还设有滑动连接在导轨44上的滑块45，顶部与第二夹持组件3相连。

该实施例中，当电磁定子模块41接入交流电源后，在电磁定子模块41与电磁动子模块42之间的间隙中产生行波磁场，电磁动子模块42在行波磁场作用下产生感应电动势，与间隙中的磁场相作用产生电磁推力，推动电磁动子模块42上的进给平台43在电磁定子模块41上移动，进而带动第二夹持组件3沿深孔轴向做往复运动，以使用测距传感器6检测探头与深孔内壁不同轴向位置处的间距。

通过设置导轨44和滑块45支撑进给平台43，使移动过程更加平稳，避免移动颠簸导致的检测误差。

在本申请的一些实施例中，第二夹持组件3包括中间导向支座32和后端固定支座33。

中间导向支座32底端与进给平台43固定，顶端设有第二通孔；后端固定支座33底端与进给平台43固定，顶端设有第三通孔，第三通孔圆周上设有固定螺栓331。

中空转盘23、卡盘24、第二通孔和第三通孔的圆心处于同一轴线上。

该实施例中，将测量导杆5依次***后端固定支座33和中间导向支座32，转动固定螺栓331，使固定螺栓331伸入第三通孔的端部与测量导杆5外侧紧密抵靠，从而固定测量导杆5，并对其外圆周进行支撑，使其稳定性良好，测量过程中不会产生晃动，避免影响测距传感器6的检测结果。

在本申请的一些实施例中，所述检测装置还包括前导向支座31，前导向支座31底端与所述测量平台22固定，顶端设有第一通孔，第一通孔内圆周设有直线轴承34，第一通孔的圆心与中空转盘23的圆心处于同一轴线上。

该实施例中，通过设置前导向支座31对测量导杆5的前端进行支撑，并在前导向支座31的第一通孔内设置直线轴承34，提高测量导杆5在前导向支座31内滑动的稳定性，避免滑动时晃动影响检测效果。

在本申请的一些实施例中，机座1上还设有位移传感器7，位移传感器7的信号输出端与驱动组件4的控制器连接。

该实施例中，使用位移传感器7检测进给平台43在机座1上的移动距离，精准确定测距传感器6在深孔内的轴向距离，便于将测距传感器6的检测数据与轴向距离对应，也方便控制驱动组件4的启停，提高了检测的便捷性和准确性。

如图4所示，直驱式深孔加工检测装置的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，将待测工件0顺序穿过第一夹持组件2中的中空转盘23、卡盘24，收紧卡盘24固定，将测量导杆5依次穿过第二夹持组件3中的后端固定支座33、中间导向支座32和前导向支座31，旋紧后端固定支座33外圆周的固定螺栓331，固定测量导杆5。

步骤S2，接通驱动组件4中电磁定子模块41的电源，利用其与电磁动子模块42产生的电磁推力推动进给平台43上的滑块45在导轨44上移动，进而驱使测量导杆5靠近待测工件0一端伸入深孔内。

步骤S3，打开两个测距传感器6和位移传感器7，测量不同轴向位置处两个探头与深孔内壁的距离，获得两组测量数据( a ₁ , a ₂ ,……, a _n+1 )、( b ₀ , b ₁ ,……, b _n )，据此得到深孔的直线度情况。

该实施例中，分别将待测工件0和测量导杆5夹持在第一夹持组件2和第二夹持组件3中，利用电磁定子模块41和电磁动子模块42产生的电磁推力驱动进给平台43上的滑块45在导轨44上移动，进而带动第二夹持组件3和测量导杆5沿待测工件0上深孔的轴向移动，测量导杆5外圆周的测距传感器6检测多个轴心位置处探头与深孔内壁的距离数据，同时可使用位移传感器7精准确定测距传感器6的轴向位置，以便将深孔的轴向位置与距离数据对应，建立深孔的内部轮廓曲线，获得各类深孔的直线度和内轮廓检测结果。

整个检测过程不受限于深孔的内部空间，能实现各类深孔零件直线度和复杂内轮廓的精准检测，检测方式灵活可控，检测精度高。

在本申请的一些实施例中，上述测量方法还包括：

步骤S4，启动伺服电机25带动中空转盘23、卡盘24和待测工件0转动一定角度，重复步骤S2和步骤S3获得深孔内不同母线处的两组测量数据。

该实施例中，通过检测深孔中不同母线处探头与深孔内壁的距离，重构深孔的内部轮廓，据此获得深孔的圆度数据和圆柱度数据，检测使用范围更广泛。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，包括：

机座（1）；

第一夹持组件（2），所述第一夹持组件（2）固定于所述机座（1）一端，用于夹持待测工件（0）并驱动其绕自身轴线旋转，使待测工件（0）上的深孔端口朝向所述机座（1）另一端；

第二夹持组件（3），所述第二夹持组件（3）以可沿深孔轴向移动的方式设置在所述机座（1）另一端，用于夹持测量导杆（5）一端，并驱动所述测量导杆（5）另一端在深孔内沿深孔的轴向移动；

测距传感器（6），两个所述测距传感器（6）间隔设置在所述测量导杆（5）另一端的外圆周上，用于测量探头与深孔内壁的间距。

2.根据权利要求1所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述第一夹持组件（2）包括：

工件支座（21），所述工件支座（21）底部依次与测量平台（22）、机座（1）一端固连；

中空转盘（23），所述中空转盘（23）以可沿自身轴线转动的方式连接在所述工件支座（21）顶部；

卡盘（24），所述卡盘（24）固定在所述中空转盘（23）前端面，且与所述中空转盘（23）同中心轴线，所述待测工件（0）同轴穿设在所述中空转盘（23）、卡盘（24）内。

3.根据权利要求2所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述中空转盘（23）的外圆周设有齿牙；

所述第一夹持组件（2）还包括：

伺服电机（25），所述伺服电机（25）固定在所述工件支座（21）顶部；

小齿轮，所述小齿轮的中心与所述伺服电机（25）的输出轴连接，所述小齿轮外圆周与所述齿牙啮合。

4.根据权利要求2所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括驱动组件（4），所述驱动组件（4）用于驱动所述第二夹持组件（3）在所述机座（1）上沿深孔轴向移动；

所述驱动组件（4）包括：

电磁定子模块（41），所述电磁定子模块（41）固定在所述机座（1）顶面，所述电磁定子模块（41）两侧的所述机座（1）上分别设有沿深孔轴向延伸的导轨（44）；

电磁动子模块（42），所述电磁动子模块（42）设置在进给平台（43）底面，并与所述电磁定子模块（41）间留有间隙；

所述进给平台（43）底部还设有滑动连接在所述导轨（44）上的滑块（45），顶部与所述第二夹持组件（3）相连。

5.根据权利要求4所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述第二夹持组件（3）包括：

中间导向支座（32），所述中间导向支座（32）底端与所述进给平台（43）固定，顶端设有第二通孔；

后端固定支座（33），所述后端固定支座（33）底端与所述进给平台（43）固定，顶端设有第三通孔，所述第三通孔圆周上设有固定螺栓（331）；

中空转盘（23）、卡盘（24）、第二通孔和第三通孔的圆心处于同一轴线上。

6.根据权利要求2所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括前导向支座（31），所述前导向支座（31）底端与所述测量平台（22）固定，顶端设有第一通孔，第一通孔内圆周设有直线轴承（34）；

所述第一通孔的圆心与所述中空转盘（23）的圆心处于同一轴线上。

7.根据权利要求4所述的直驱式深孔加工检测装置，其特征在于，所述机座（1）上还设有位移传感器（7），所述位移传感器（7）的信号输出端与所述驱动组件（4）的控制器连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的直驱式深孔加工检测装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将所述待测工件（0）插接在所述第一夹持组件（2）的中空转盘（23）和卡盘（24）内夹紧，所述测量导杆（5）依次插接在所述第二夹持组件（3）的后端固定支座（33）、中间导向支座（32）和前导向支座（31）中，旋紧所述后端固定支座（33）上的固定螺栓（331）；

步骤S2，接通驱动组件（4）中电磁定子模块（41）的电源，利用所述电磁定子模块（41）与电磁动子模块（42）产生的电磁推力带动进给平台（43）在所述机座（1）上移动，促使所述测量导杆（5）另一端在深孔内移动；

步骤S3，开启所述测距传感器（6）和位移传感器（7），测量不同轴向位置处探头与深孔内壁的间距，据此获得深孔的直线度数据。

9.根据权利要求8所述的直驱式深孔加工检测装置的测量方法，其特征在于，还包括：

步骤S4，启动伺服电机（25），带动所述待测工件（0）转动一定角度，重复步骤S2、步骤S3，获得深孔内不同母线处的测量数据。

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