[發明專利]超聲深孔直線度檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201510836929.2
• 申請日: 2015-11-21
• 公開（公告）號: CN105403179A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 于大國;楊俊超;陸田雨;孫保龍;李斌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種深孔直線度檢測方法及裝置，具體地說涉及一種超聲深孔直線度檢測方法及裝置。

背景技術

深孔加工復雜且特殊，加工過程受諸如刀桿變形、系統顫振、工件材質、鉆頭參數、切削參數、油液壓力、排屑困難等多方面因素的影響，深孔零件常出現軸線偏斜的現象，一旦偏斜到某種程度，深孔零件軸線的直線度誤差將產生急劇變化，造成鉆頭損壞、工件報廢、產品精度低、質量不合格等不良后果。

直線度檢測貫穿于整個深孔加工過程中，是深孔領域控制產品質量的重要手段，也是深孔加工必須考慮的一項基本指標，對于孔類零件，通常所說的直線度是指零件實際軸線相對于理論軸線的偏差。

深孔軸線直線度的檢測方法有測壁厚法、激光測量法、量規測量法、臂桿測量法、望遠鏡測量法等，這些方法或是沒有考慮工件內外圓表面質量對測量結果的影響，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。

現有的一些深孔直線度檢測裝置利用超聲波測厚儀，僅通過測量被測工件深孔的孔壁厚度確定被測工件深孔的直線度，具有原理性誤差，對檢測結果造成了很大的影響。而且用該方法對壁厚不變，而深孔軸線彎曲的零件進行測量，很有可能將深孔軸線誤判為直線。

發明內容

本發明的目的：本發明旨在克服上述現有技術的缺點，開發一種新的深孔直線度檢測裝置，并使直線度檢測結果不受到測量原理的影響，盡最大可能減小深孔直線度檢測誤差。

本發明采用如下技術方式實現：本發明由檢測部分和檢測架構成，檢測部分由超聲測頭、超聲測厚儀和數字微分頭構成，檢測架包括帶磁性開關的磁力吸附機構和定位塊。檢測架底部具有凹槽，可與機床導軌相配合并可沿導軌移動，頂部的兩個定位塊用于確定檢測部分的位置和方向。檢測部分靠緊定位塊固定于檢測架上，檢測架支撐檢測部分使超聲測頭軸線與機床主軸軸線位于同一水平面內，調節微分頭手柄可以改變超聲測頭到機床主軸軸線的距離。

數字微分頭的調零方法：首先將一個直徑為d的標準圓柱在卡盤上夾緊，然后調節微分頭手柄，使超聲測頭端面與標準圓柱外圓接觸，最后取下標準圓柱，調節微分頭手柄使微分頭測桿再伸出d/2長度，此時超聲測頭前端面與機床主軸重合，設置數字微分頭讀數為零。

檢測架上具有可開關的磁力吸附機構，包括可旋轉的永磁鐵和一個磁性開關，磁性開關打開時，永磁鐵的N極或者S極指向導軌，檢測架對外磁力增大，可以固定于導軌上，當磁性開關關閉時，N極與S極距導軌距離相同，檢測架對外不顯磁性，可以在導軌上自由移動。

所述永磁鐵應為長條形，且長徑比應大于等于5，用以保證磁力開關分別在打開和關閉狀態時，檢測架對導軌產生的吸引力具有足夠大的差別。且永磁鐵兩端為圓弧形，檢測架內部有凸臺，凸臺上有圓弧形凹槽。在永磁鐵N或S極指向導軌時，磁極可與檢測架接觸，從而對導軌產生更大的吸引力。

測量某一截面上孔壁位置時，以機床主軸軸線與該截面的交點作為坐標系原點，在水平和豎直方向建立平面直角坐標系，打開檢測架磁性開關以固定檢測架的位置，調節微分頭手柄使超聲測頭與被測工件接觸，數字微分頭測量的是被測工件外壁到機床主軸軸線的距離OD，超聲測厚儀測量的是被測工件壁厚CD，則在超聲測頭所測量的直線上，深孔壁到機床主軸的距離為：

OC＝OD-CD

用計算機記錄下OD，CD，OC取得第一組數據，讀數結束后調節微分頭手柄使超聲測頭離開被測工件一定距離。

幾何學上，任意不在同一直線上的三個點可以確定一個圓。也就是說，測出被測工件深孔壁上任意三個點的位置，就可以近似求得被測工件深孔壁的圓心位置。

使卡盤旋轉幾個角度，利用上述方法，通過測量和計算可以得到任意取在被測工件截面圓周上的A、B兩點的位置坐標。也就可以確定一個圓心M。多次測量得到深孔壁截面上n個點的位置坐標，就可以利用這些點求得個圓心。然后，關閉檢測架上的磁性開關沿導軌方向移動檢測架，選取被測工件多個截面測量，得到一系列圓心的坐標，利用計算機取一個最小的圓柱，將這些圓心全部包圍在內，這個圓柱的直徑就是該深孔的直線度誤差最大值。

圓心坐標的求法：

設點A坐標為(x₁，y₁)，B點(x₂，y₂)，C點(x₃，y₃)，所求圓半徑為r，圓心M坐標為(x₀，y₀)根據圓心到圓上點距離相等可得出方程組：