[發(fā)明專利]深孔直線度檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610979327.7
• 申請日: 2016-11-02
• 公開（公告）號: CN106595532A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于大國;楊俊超
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.深孔直線度檢測方法，包括深孔直線度檢測裝置，其特征在于：所述的檢測裝置包括檢測部分、進給部分、坐標定位部分以及數(shù)據(jù)處理部分，檢測部分位于被測工件(1)的深孔內(nèi)，所述的檢測部分包括左端蓋(2)、左彈簧(4)、滑套(5)、滾輪(6)、桿系機構(gòu)(7)、左固定軸(8)、左PSD(9)、分光鏡(10)、光學玻璃(11)、入射光線(12)、固聯(lián)座(13)、選光板(14)、成像錐鏡(15)、左凸透鏡(16)、分劃板(17)、右凸透鏡(18)、光源(19)、移動電源(20)、右端蓋(22)、右彈簧(29)、右固定軸(30)、檢測框(31)、過光板(32)、步進電機(34)、步進電機固定座(33)、玻璃板(35)和右PSD(36)；所述的進給部分包括吊環(huán)(21)、定滑輪(23)、細繩(24)、卷筒(25)、機架(26)、聯(lián)軸器(27)和主步進電機(28)；所述的坐標定位部分包括定位PSD(38)、激光(43)、激光準直系統(tǒng)(44)、激光源(45)；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號輸出線(40)、信號輸入線(42)、線卡(37)、信號處理器(41)、筆記本電腦(39)；

所述的左端蓋(2)與右端蓋(22)均為圓形板，分別安裝到左固定軸(8)與右固定軸(30)上，且左端蓋(2)的直徑大于左固定軸(8)的直徑；右端蓋(22)的直徑大于右固定軸(30)的直徑；所述的右端端蓋(22)，其一面的中心設(shè)有安裝移動電源(20)與光源(19)的凹槽；另一面的中心設(shè)有吊環(huán)(21)；所述的左固定軸(8)和右固定軸(30)均在中心處開有通孔；所述的右固定軸(30)孔內(nèi)安裝右凸透鏡(18)、分劃板(17)和左凸透鏡(16)；所述的右凸透鏡(18)安裝在距離光源(19)一倍焦距處；所述的左固定軸(8)外表面設(shè)置有三套沿圓周方向等間距的桿系機構(gòu)(7)；左固定軸(8)外表面套有滑套(5)；所述的桿系機構(gòu)(7)由平面四桿機構(gòu)與一根短桿組合而成；桿系機構(gòu)(7)上設(shè)有兩個滾輪(6)；桿系機構(gòu)(7)通過鉸鏈連接在左固定軸(8)及滑套(5)上；所述的左彈簧(4)為螺旋彈簧，安裝在左端蓋(2)與滑套(5)之間；裝配時使彈簧保持壓力以使桿系機構(gòu)(7)上的滾輪(6)能夠一直壓在被測深孔的內(nèi)壁上；所述的檢測框(31)為圓柱形，檢測框(31)上安裝有可供光線透過的光學玻璃(11)；檢測框(31)的左端面與左固定軸(8)固連；檢測框(31)的右端面與右固定軸(30)固連；所述的檢測框(31)右端面為圓形玻璃；

所述的左PSD(9)安裝在檢測框(31)左端面的內(nèi)側(cè)；所述的分光鏡(10)安裝在檢測框(31)內(nèi)；所述的玻璃板(35)安裝在檢測框(31)內(nèi)；所述的右PSD(36)安裝在玻璃板(35)靠近分光鏡(10)的一側(cè)；位置關(guān)系應滿足左PSD(9)與分光鏡(10)之間的距離小于分光鏡(10)與右PSD(36)之間的距離；左PSD(9)與右PSD(36)上的信號輸入線(42)穿出檢測框(31)，并經(jīng)線卡(37)的排列走線，最后連接到信號處理器(41)上；經(jīng)信號處理器(41)處理過的信息通過信號輸出線(40)輸出到筆記本電腦(39)；所述的成像錐鏡(15)安裝在檢測框(31)右端面的中心；同時滿足成像錐鏡(15)與左凸透鏡(16)之間的距離為左凸透鏡(16)的一倍焦距；

所述的步進電機(34)通過步進電機固定座(33)安裝到過光板(32)的中心；步進電機(34)的輸出軸上裝配選光板(14)；所述的過光板(32)在沿圓周方向開有12個等間距的小孔；過光板(32)中心處開孔與步進電機(34)的輸出軸相配；通過固聯(lián)座(13)將過光板(32)固定在檢測框內(nèi)(31)；選光板(14)安裝在步進電機(34)的輸出軸上；選光板(14)上開有一個供光線通過的小孔；經(jīng)過成像錐鏡(15)反射后的光束能夠通過選光板(14)與過光板(32)上的小孔照射到深孔內(nèi)壁上；且入射光線(12)經(jīng)深孔內(nèi)壁反射后能夠照射到分光鏡(10)上；分光鏡(10)將光線分為兩部分，一部分透過分光鏡(10)照射到左PSD(9)上；另一部經(jīng)分光鏡(10)反射到右PSD(36)上；

所述的激光源(45)發(fā)出的激光(43)照射在定位PSD(38)上；

其檢測方法的步驟如下：

第一，將所測深孔零件沿深孔母線方向劃分為n等份，在深孔的內(nèi)表面得到n+1個深孔截面；

第二，調(diào)試檢測裝置，保證被成像錐鏡15反射的光線能經(jīng)過選光板14與過光板32上的小孔后能夠穿過檢測框31上的光學玻璃11照射到工件1的內(nèi)壁上；選光板14上的小孔中心與過光板32上的小孔中心連線與左、右PSD中心的連線夾角為α，記錄α值；調(diào)試還要保證光線經(jīng)過深孔內(nèi)壁反射后能夠在分光鏡10的作用下照射到左PSD 9和右PSD 36上；調(diào)試好檢測系統(tǒng)后，測量并記錄左PSD 9、分光鏡10、右PSD 36和過光板32之間的距離：如圖4所示，左PSD 9與分光鏡10之間的距離為a，分光鏡10到右PSD36的距離為b(b＞a)，左PSD9到過光板32之間的距離為S，過光板32上沿周向間隔30°均布的小孔與過光板32中心之間的距離均為R；

第三步，以左PSD9的中心為原點建立相對坐標系；

第四，通過步進電機帶動選光板旋轉(zhuǎn)，使得經(jīng)過成像錐鏡(15)反射后的光束能夠通過選光板(14)與過光板(32)上的小孔照射到深孔內(nèi)壁上；且入射光線(12)經(jīng)深孔內(nèi)壁反射后能夠照射到分光鏡(10)上；分光鏡(10)將光線分為兩部分，一部分透過分光鏡(10)照射到左PSD(9)上；另一部經(jīng)分光鏡(10)反射到右PSD(36)上；分別記錄左、右PSD上的光斑位置坐標；

第五，根據(jù)左、右PSD上光斑位置坐標、a、b、R和α求出深孔截面上多個點在相對坐標系下的橫坐標和縱坐標；

第六，將深孔截面上多個點的坐標擬合出一個理想的圓，滿足每個測點到該圓上的偏移量的平方和最小，擬合方法為利用阻尼牛頓法，所擬合圓的圓心為該深孔截面處深孔軸線上的點；

第七，以激光源45，激光準直系統(tǒng)44，激光43及定位PSD38組成定位系統(tǒng)，以激光源45為原點建立大地坐標系，將相對坐標系與大地坐標系聯(lián)系起來；將檢測系統(tǒng)中相對坐標系下測得的圓心坐標變換到大地坐標系下；

第八，將擬合所得的圓心依次連接起來，該連線即為深孔軸線；

第九，根據(jù)大地坐標系下的深孔截面圓心來計算深孔直線度。