CN214121972U - 深孔内壁表面缺陷激光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种深孔内壁表面缺陷激光检测装置，属于孔类零件内壁表面缺陷检测装置的技术领域，包括牵引组件、计算机处理***以及设置在深孔零件孔内的定心组件和形貌检测组件；牵引组件包括拉杆、拉绳、滚筒、光电编码器和电机；定心组件包括前套筒、第一楔形体、第一楔形杆、前滚轮、后套筒、第二楔形体、第二楔形杆、后滚轮、弹簧、弹簧座和固定套筒；形貌检测组件包括透明窗、光环投射器、接收透镜、CCD相机和无线数据传输器。本实用新型集机、光、电于一体，采用激光技术和光电传感器，构建基于弹簧—楔块定心体系的装置，结构简单，成本低廉，使用方便，可以实现深孔内壁表面缺陷沿轴线变化的检测，是深孔内壁检测技术上的重要突破。

Description

深孔内壁表面缺陷激光检测装置

技术领域

本实用新型属于孔类零件内壁表面缺陷检测装置的技术领域，具体公开了一种深孔内壁表面缺陷激光检测装置。

背景技术

深孔加工复杂且特殊，难以观察加工部位和刀具情况。加工质量受工件材质、***颤振、切削参数、钻头参数、冷却润滑、断屑排屑等多方面因素的影响。深孔加工属于装备制造行业，深孔零件的质量直接影响装备制造业的发展，也限制了深孔向其他领域的拓展。对于深孔零件的检测不仅要针对孔直线度、圆度等误差的分析，还要针对深孔内壁表面缺陷进行检测，以此来提高深孔零件的质量，提升机械产品的使用寿命。

深孔内壁表面缺陷检测是深孔加工领域控制产品质量的重要手段。深孔内壁质量好的零件与其他零件配合使用时能发挥最大的使用性能，提高使用寿命。对于孔类零件，通常所说的缺陷有砂眼、凹坑、机械损伤、裂纹等等。在深孔行业中，孔内壁表面缺陷往往会在零件使用过程中不断恶化，最终导致机械故障，零件报废的后果。

深孔内壁表面缺陷深刻影响着孔类零件的质量，提高深孔内壁表面缺陷检测技术水平，可以提高深孔零件质量，推动装备制造水平的提升。因此，研制一种可以检测深孔内壁表面缺陷的检测仪器显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型针对深孔零件无法高效、精确的检测内壁表面缺陷的问题，提出了一种利用激光技术和光电传感器全程检测深孔内壁表面缺陷的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，该通过记录照射在孔壁上的光环在光电检测器的变化，以及计算机处理***后处理得到孔壁三维模型，来判断深孔内壁表面缺陷形式及其所在位置，该装置使得深孔内壁形貌检测更加高效便捷。

为实现上述目的，本实用新型提供一种深孔内壁表面缺陷激光检测装置，包括牵引组件、计算机处理***以及设置在深孔零件孔内的定心组件和形貌检测组件；牵引组件包括拉杆、拉绳、滚筒、光电编码器和电机；定心组件包括前套筒、第一楔形体、第一楔形杆、前滚轮、后套筒、第二楔形体、第二楔形杆、后滚轮、弹簧、弹簧座和固定套筒；形貌检测组件包括透明窗、光环投射器、接收透镜、CCD相机和无线数据传输器；拉绳的第一端与滚筒连接，第二端与拉杆前端的中心连接；滚筒连接电机，光电编码器安装在电机的电机轴上；计算机处理***与光电编码器连接；前套筒的前端固定有环形的弹簧座，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；拉杆穿过与前套筒连接的弹簧座；第一楔形体包括由前到后依次连接的圆台段、圆柱段和连接段，圆台段和圆柱段均位于前套筒内，圆台段的小端面与拉杆的后端连接，圆柱段与前套筒的内壁滑动接触；第一楔形杆穿过前套筒的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第一楔形体的圆台段接触，外端安装前滚轮；后套筒的前端固定有环形的弹簧座，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；第二楔形体包括由前到后依次连接的连接段、圆台段和圆柱段，连接段穿过与后套筒连接的弹簧座，圆台段和圆柱段均位于后套筒内，圆台段的小端面与连接段的后端连接，圆柱段与后套筒的内壁滑动接触；第二楔形杆穿过后套筒的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第二楔形体的圆台段接触，外端安装后滚轮；弹簧安装在弹簧座和第一楔形杆之间以及弹簧座和第二楔形杆之间；固定套筒的两端分别与第一楔形体的连接段和第二楔形体的连接段连接；透明窗为环形，设置在固定套筒的筒壁上；光环投射器、接收透镜、CCD相机和无线数据传输器由前到后依次安装在固定套筒内，无线数据传输器穿过第二楔形体与计算机处理***连接，光环投射器发出入射光线穿过透明窗在孔壁上形成光环，光环经孔壁反射穿过透明窗，进入接收透镜会聚后在CCD相机上成像，CCD相机记录成像信息，CCD相机获取的光环截面信息经过A/D转换后，由无线数据传输器实时传输给计算机处理***。

进一步地，光环投射器包括内激光发射器、聚光透镜、带孔挡板、锥形透镜和光环投射器外套筒；内激光发射器安装在光环投射器外套筒前端的中心位置；锥形透镜安装在光环投射器外套筒的后端，且锥面朝内；聚光透镜和带孔挡板由前到后依次安装在光环投射器外套筒内；内激光发射器发出光线，经聚光透镜会聚，带孔挡板滤光后，进入锥形透镜，经锥形透镜散射后，穿过透明窗在孔壁上形成光环。

进一步地，聚光透镜通过聚光透镜固定环安装在光环投射器外套筒内。

进一步地，光环投射器外套筒的前端设置调节拉环。

进一步地，接收透镜通过接收透镜固定环固定在固定套筒内。

进一步地，前套筒和后套筒的侧壁上设置有多条轴向导槽，多条轴向导槽沿着周向等间距分布，导键穿过前套筒的轴向导槽与第一楔形体连接，导键穿过后套筒的轴向导槽与第二楔形体连接。

进一步地，拉杆的后端和第一楔形体的圆台段螺纹连接，拉杆上设置有环形凸起，环形凸起紧贴弹簧座；固定套筒的两端分别与第一楔形体的连接段和第二楔形体的连接段螺纹连接。

进一步地，拉杆的前端中心设置有用于与拉绳连接的拉钉。

进一步地，圆台段和楔形面的倾斜面角度在15°—75°之间，第一楔形杆和第二楔形杆均设置有三组，第一楔形杆位于前套筒内的杆体上设置有防脱销钉，第二楔形杆位于后套筒内的杆体上设置有防脱销钉。

进一步地，牵引组件还包括用于对拉绳进行90°换向的定滑轮。

上述深孔内壁表面缺陷激光检测装置的工作原理：

前后定心组件与形貌检测组件连接，定心方式采用弹簧压缩楔形杆沿楔形体倾斜面移动，检测装置工作时，电机驱动滚筒和拉绳，拉绳牵引定心组件与形貌检测组件沿孔轴线运动，拉杆在前进过程中产生一定拉力，使得楔形体保持前进状态，楔形体前进过程中对楔形杆产生向上的推力，保证楔形杆上的滚轮与孔壁始终接触，起到定位效果，同时也可适应孔径的变化；

形貌检测组件连接中光环投射器向孔壁投射光环，CCD相机获得孔壁反射的光环图像，当孔壁存在缺陷时，其反射光环也存在一定的缺陷，CCD相机获取存在缺陷的光环图像，再根据放射放大原理，采用函数可将光环缺陷转换为孔形貌的微量变化，通过无线数据传输器传输给计算机处理***；

光电编码器与计算机处理***连接实现数据的传输与转换，光电编码器通过记录电机转动参数，得知检测过程中定心组件和形貌检测组件的行走距离，即被测截面的间距，最后将记录的位置信息传输给计算机处理***，光电编码器记录的位置数据与CCD相机记录的光环图像数据相对应，并通过构造光环及其它参数关于位置轴线的函数，实现孔形貌特征的三维重建。

由上可知本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型集机、光、电于一体，采用激光技术和光电传感器，构建基于弹簧—楔块定心体系的装置，结构简单，成本低廉，使用方便，可以实现深孔内壁表面缺陷沿轴线变化的检测，是深孔内壁检测技术上的重要突破。

附图说明

图1为深孔内壁表面缺陷激光检测装置的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖视图；

图3为光环投射器的结构示意图。

图中：1.深孔零件；2.拉杆；3.前套筒；4.防脱销钉；5.前滚轮；6.第一楔形杆；7.导键；8.光环投射器；8.1.内激光发射器；8.2.聚光透镜；8.3.带孔挡板；8.4.锥形透镜；8.5.光环投射器外套筒；8.6.聚光透镜固定环；8.7.调节拉环；9.入射光线；10.光环；11.反射光线；12.接收透镜固定环；13.接收透镜；14.后套筒；15.后滚轮；16.第二楔形杆；17.拉钉；18.弹簧座；19.弹簧；20.第一楔形体；21.固定套筒；22.透明窗；23.CCD相机；24.第二楔形体；25.无线数据传输器；26. 计算机处理***；27.定滑轮；28.拉绳；29.时间速度信号反馈数据线；30.滚筒；31.光电编码器和电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种深孔内壁表面缺陷激光检测装置，包括牵引组件、计算机处理***26以及设置在深孔零件1孔内的定心组件和形貌检测组件；牵引组件包括拉杆2、拉绳28、滚筒30、光电编码器和电机31；定心组件包括前套筒3、第一楔形体20、第一楔形杆6、前滚轮5、后套筒14、第二楔形体24、第二楔形杆16、后滚轮15、弹簧19、弹簧座18和固定套筒21；形貌检测组件包括透明窗22、光环投射器8、接收透镜13、CCD相机23和无线数据传输器25；拉绳28的第一端与滚筒30连接，第二端与拉杆2前端的中心连接；滚筒30连接电机，光电编码器安装在电机的电机轴上；计算机处理***26与光电编码器通过时间速度信号反馈数据线29连接；前套筒3的前端固定有环形的弹簧座18，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；拉杆2穿过与前套筒3连接的弹簧座18；第一楔形体20包括由前到后依次连接的圆台段、圆柱段和连接段，圆台段和圆柱段均位于前套筒3内，圆台段的小端面与拉杆2的后端连接，圆柱段与前套筒3的内壁滑动接触；第一楔形杆6穿过前套筒3的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第一楔形体20的圆台段接触，外端安装能绕其轴线转动的前滚轮5；后套筒14的前端固定有环形的弹簧座18，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；第二楔形体24包括由前到后依次连接的连接段、圆台段和圆柱段，连接段穿过与后套筒14连接的弹簧座18，圆台段和圆柱段均位于后套筒14内，圆台段的小端面与连接段的后端连接，圆柱段与后套筒14的内壁滑动接触；第二楔形杆16穿过后套筒14的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第二楔形体24的圆台段接触，外端安装能绕其轴线转动的后滚轮15；弹簧19安装在弹簧座18和第一楔形杆6之间以及弹簧座18和第二楔形杆16之间；固定套筒21的两端分别与第一楔形体20的连接段和第二楔形体24的连接段连接；透明窗22为环形，设置在固定套筒21的筒壁上；光环投射器8、接收透镜13、CCD相机23和无线数据传输器25由前到后依次安装在固定套筒21内，无线数据传输器25穿过第二楔形体24的中心与计算机处理***26连接，光环投射器8发出入射光线9穿过透明窗22在孔壁上形成光环10，光环10经孔壁反射形成反射光线11穿过透明窗，进入接收透镜13会聚后在CCD相机23上成像，CCD相机23记录成像信息，CCD相机23获取的光环截面信息经过A/D转换后，由无线数据传输器25实时传输给计算机处理***26。

进一步地，本实施例中，光环投射器8包括内激光发射器8.1、聚光透镜8.2、带孔挡板8.3、锥形透镜8.4和光环投射器外套筒8.5；内激光发射器8.1安装在光环投射器外套筒8.5前端的中心位置；锥形透镜8.4安装在光环投射器外套筒8.5的后端，且锥面朝内；聚光透镜8.2和带孔挡板8.3由前到后依次安装在光环投射器外套筒8.5内，带孔挡板8.3的孔中心与锥形透镜8.4的锥尖对齐；内激光发射器8.1发出光线，经聚光透镜8.2会聚，带孔挡板8.3滤光后，进入锥形透镜8.4，经锥形透镜8.4散射后，穿过透明窗22在孔壁上形成光环10。

进一步地，聚光透镜8.2通过聚光透镜固定环8.6安装在光环投射器外套筒8.6内。

进一步地，光环投射器外套筒8.5的前端设置调节拉环8.7，以便于调节光环投射器8的位置。

进一步地，接收透镜13通过接收透镜固定环12固定在固定套筒21内。

进一步地，前套筒3和后套筒14的侧壁上设置有多条轴向导槽，多条轴向导槽沿着周向等间距分布，导键7穿过前套筒3的轴向导槽与第一楔形体20连接，导键7穿过后套筒14的轴向导槽与第二楔形体24连接，导键7将楔形体与套筒连接，防止楔形体脱离套筒，楔形体也可在套筒内滑动。

进一步地，拉杆2的后端和第一楔形体20的圆台段螺纹连接，拉杆2上设置有环形凸起，环形凸起紧贴弹簧座18，通过改变拉杆2的旋入长度，可改变弹簧19的预压缩量；固定套筒21的两端分别与第一楔形体20的连接段和第二楔形体24的连接段螺纹连接。

进一步地，拉杆2的前端中心设置有用于与拉绳28连接的拉钉17。

进一步地，圆台段和楔形面的倾斜面角度在15°—75°之间，第一楔形杆6和第二楔形杆16均设置有三组，第一楔形杆6位于前套筒3内的杆体上设置有防脱销钉4，第二楔形杆16位于后套筒14内的杆体上设置有防脱销钉4，防止楔形杆与套筒发生脱离。

进一步地，牵引组件还包括用于对拉绳28进行90°换向的定滑轮27。

上述深孔内壁表面缺陷激光检测装置的工作原理如下所述：定心组件与形貌检测组件连接，检测装置工作时，电机驱动滚筒30和拉绳28，拉绳28牵引定心组件与形貌检测组件沿孔轴线运动，拉杆2在前进过程中产生一定拉力，使得楔形体保持前进状态，楔形体前进过程中对楔形杆产生向上的推力，使得楔形杆上的滚轮始终与孔壁接触，起到定心的作用，形貌检测组件中CCD相机23接收孔壁反射的光环10，当孔壁存在缺陷时，其反射光环也存在一定的缺陷，CCD相机23获取存在缺陷的光环图像，再根据放射放大原理，采用函数可将光环缺陷转换为孔形貌的微量变化。光电编码器将记录的位置数据传输到计算机处理***27，计算机处理***27将位置信息与CCD相机23记录的光环图像数据相对应，通过构造光环及其它参数关于位置轴线的函数，并根据坐标转换、数据筛选处理后，实现孔形貌特征的三维重建。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，包括牵引组件、计算机处理***以及设置在深孔零件孔内的定心组件和形貌检测组件；

所述牵引组件包括拉杆、拉绳、滚筒、光电编码器和电机；

所述定心组件包括前套筒、第一楔形体、第一楔形杆、前滚轮、后套筒、第二楔形体、第二楔形杆、后滚轮、弹簧、弹簧座和固定套筒；

所述形貌检测组件包括透明窗、光环投射器、接收透镜、CCD相机和无线数据传输器；

所述拉绳的第一端与滚筒连接，第二端与拉杆前端的中心连接；

所述滚筒连接电机，光电编码器安装在电机的电机轴上；

所述计算机处理***与光电编码器连接；

所述前套筒的前端固定有环形的弹簧座，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；

所述拉杆穿过与前套筒连接的弹簧座；

所述第一楔形体包括由前到后依次连接的圆台段、圆柱段和连接段，圆台段和圆柱段均位于前套筒内，圆台段的小端面与拉杆的后端连接，圆柱段与前套筒的内壁滑动接触；

所述第一楔形杆穿过前套筒的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第一楔形体的圆台段接触，外端安装前滚轮；

所述后套筒的前端固定有环形的弹簧座，后端开口，侧壁等间距设置有多个杆孔；

所述第二楔形体包括由前到后依次连接的连接段、圆台段和圆柱段，连接段穿过与后套筒连接的弹簧座，圆台段和圆柱段均位于后套筒内，圆台段的小端面与连接段的后端连接，圆柱段与后套筒的内壁滑动接触；

所述第二楔形杆穿过后套筒的杆孔，内端为楔形面，楔形面与第二楔形体的圆台段接触，外端安装后滚轮；

所述弹簧安装在弹簧座和第一楔形杆之间以及弹簧座和第二楔形杆之间；

所述固定套筒的两端分别与第一楔形体的连接段和第二楔形体的连接段连接；

所述透明窗为环形，设置在固定套筒的筒壁上；

所述光环投射器、接收透镜、CCD相机和无线数据传输器由前到后依次安装在固定套筒内，无线数据传输器穿过第二楔形体与计算机处理***连接，光环投射器发出入射光线穿过透明窗在孔壁上形成光环，光环经孔壁反射穿过透明窗，进入接收透镜会聚后在CCD相机上成像，CCD相机记录成像信息，CCD相机获取的光环截面信息经过A/D转换后，由无线数据传输器实时传输给计算机处理***。

2.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，光环投射器包括内激光发射器、聚光透镜、带孔挡板、锥形透镜和光环投射器外套筒；

所述内激光发射器安装在光环投射器外套筒前端的中心位置；

所述锥形透镜安装在光环投射器外套筒的后端，且锥面朝内；

所述聚光透镜和带孔挡板由前到后依次安装在光环投射器外套筒内；

内激光发射器发出光线，经聚光透镜会聚，带孔挡板滤光后，进入锥形透镜，经锥形透镜散射后，穿过透明窗在孔壁上形成光环。

3.根据权利要求2所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，聚光透镜通过聚光透镜固定环安装在光环投射器外套筒内。

4.根据权利要求3所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，光环投射器外套筒的前端设置调节拉环。

5.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，接收透镜通过接收透镜固定环固定在固定套筒内。

6.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，前套筒和后套筒的侧壁上设置有多条轴向导槽，多条轴向导槽沿着周向等间距分布，导键穿过前套筒的轴向导槽与第一楔形体连接，导键穿过后套筒的轴向导槽与第二楔形体连接。

7.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，拉杆的后端和第一楔形体的圆台段螺纹连接，拉杆上设置有环形凸起，环形凸起紧贴弹簧座；

固定套筒的两端分别与第一楔形体的连接段和第二楔形体的连接段螺纹连接。

8.根据权利要求1或7所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，拉杆的前端中心设置有用于与拉绳连接的拉钉。

9.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，圆台段和楔形面的倾斜面角度在15°—75°之间，第一楔形杆和第二楔形杆均设置有三组，第一楔形杆位于前套筒内的杆体上设置有防脱销钉，第二楔形杆位于后套筒内的杆体上设置有防脱销钉。

10.根据权利要求1所述的深孔内壁表面缺陷激光检测装置，其特征在于，牵引组件还包括用于对拉绳进行90°换向的定滑轮。

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