[發明專利]一種深孔直線度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202111364441.6
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114061530B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 朱祥龍;康仁科;董志剛;羅女杰;戴恒震
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B21/24
• 分類號: G01B21/24
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 魯保良;李洪福

1.一種深孔直線度測量裝置，包括測量單元、自定心單元以及驅動單元，所述測量單元包括轉接座(1)、反射鏡(2)、反射鏡安裝板(3)、彈簧(5)、安裝架(6)和傾角傳感器(4)，所述反射鏡(2)通過銅片固定在反射鏡安裝板(3)上，所述傾角傳感器(4)通過螺栓連接固定在安裝架(6)上，所述反射鏡安裝板(3)通過螺栓固定在安裝架(6)上，安裝架(6)通過轉接座(1)與自定心單元連接，所述彈簧(5)嵌套在固定反射鏡安裝板(3)的螺栓上、固定于安裝架(6)及反射鏡安裝板(3)之間；

所述自定心單元包括前支撐盤件(7)、前端鋼球(8)、前楔形塊(10)、花鍵軸(26)、前花鍵套(23)、后花鍵套(14)、氣缸(15)、浮動接頭(31)、后楔形塊(16)、后端鋼球(17)和后支撐盤件(18)，所述前支撐盤件(7)、前花鍵套(23)、后花鍵套(14)、后支撐盤件(18)從前至后依次安裝在花鍵軸(26)上，所述前支撐盤件(7)利用螺紋轉換套(21)和螺栓(20)固定在花鍵軸(26)的前端，所述后支撐盤件(18)利用鎖緊螺母(25)固定在花鍵軸(26)的后端；前花鍵套(23)和后花鍵套(14)對稱安裝；所述前楔形塊(10)固定在前花鍵套(23)的前端，后楔形塊(16)固定在后花鍵套(14)的后端，前楔形塊(10)與后楔形塊(16)對稱設置、大端朝內，所述前支撐盤件(7)與前楔形塊(10)的小端之間夾有多個前端鋼球(8)，所述后支撐盤件(18)與后楔形塊(16)的小端之間夾有多個后端鋼球(17)，且前端鋼球(8)和后端鋼球(17)均圍繞花鍵軸(26)的軸線沿圓周向均勻排列；所述氣缸(15)固定在后楔形塊(16)上，所述浮動接頭(31)通過螺紋連接在氣缸(15)上，其頭部穿過前楔形塊(10)，并利用螺母鎖緊在前楔形塊(10)上；所述氣缸(15)和浮動接頭(31)共兩組，關于花鍵軸(26)對稱安裝；

其特征在于：所述驅動單元包括前驅動電機(12)、前滾輪(13)、后驅動電機(30)、后滾輪(29)、花鍵軸抱箍(24)、前U型架(22)和后U型架(27)，所述前驅動電機(12)通過前電機安裝片(32)安裝在花鍵軸抱箍(24)上，前驅動電機(12)繞花鍵軸抱箍(24)擺動；所述后驅動電機(30)通過后電機安裝片(34)安裝在花鍵軸抱箍(24)上，后驅動電機(30)繞花鍵軸抱箍(24)擺動；所述花鍵軸抱箍(24)通過螺栓固定在前花鍵套(23)和后花鍵套(14)之間的花鍵軸(26)上，所述前U型架(22)和后U型架(27)分別固定在前楔形塊(10)和后楔形塊(16)的內側；所述前驅動電機(12)通過前電機推動片(11)與前U型架(22)連接；所述后驅動電機(30)通過后電機推動片(28)與后U型架(27)連接；所述前驅動電機(12)和后驅動電機(30)分別隨前楔形塊(10)和后楔形塊(16)向兩側移動時繞花鍵軸抱箍(24)擺動；所述前驅動電機(12)采用雙輸出軸形式，所述前滾輪(13)中心開有通孔，中心通孔穿過前驅動電機(12)兩側輸出軸，并利用鍵連接固定在前驅動電機(12)上；所述后驅動電機(30)采用雙輸出軸形式，所述后滾輪(29)中心開有通孔，中心通孔穿過后驅動電機(30)兩側輸出軸，并利用鍵連接固定在后驅動電機(30)上；?所述前電機安裝片(32)、前驅動電機(12)、前滾輪(13)、前電機推動片(11)和前U型架(22)構成前擺動機構，所述后電機安裝片(34)、后驅動電機(30)、后滾輪(29)、后電機推動片(28)和后U型架(27)構成后擺動機構，前擺動機構和后擺動機構結構相同、且關于花鍵軸(26)反對稱安裝；

防護外殼(19)通過螺栓固定在前支撐盤件(7)和后支撐盤件(18)上，防護外殼(19)外部在相應位置分別開有與前端鋼球(8)和后端鋼球(17)數量一致的孔，且在孔對應位置處安裝有與前端鋼球(8)和后端鋼球(17)數量對應的鋼球壓片(9)，所述鋼球壓片(9)壓住前端鋼球(8)、后端鋼球(17)，鋼球壓片(9)與防護外殼(19)共同作用固定前端鋼球(8)和后端鋼球(17)的位置，防止其脫落；

被測管件(33)前端安裝有傳感器安裝座(35)，用于安裝光電自準直儀(37)、激光測距傳感器(36)。

2.一種深孔直線度測量方法，其特征在于：利用權利要求1所述深孔直線度測量裝置進行測量，包括以下步驟：

A、測量前，將傳感器安裝座(35)安裝在被測管件(33)前端，并將光電自準直儀(37)和激光測距傳感器(36)安裝在傳感器安裝座(35)上，而后通過調節反射鏡安裝板(3)及安裝架(6)之間的彈簧(5)將反射鏡(2)調整至與花鍵軸(26)軸線垂直，保證其與光電自準直儀(37)發出的光線垂直；

B、測量時，將整個裝置放入被測管件(33)的后端，由于氣缸(15)此時處于未工作狀態，驅動單元托底，前滾輪(13)和后滾輪(29)壓緊于被測管件(33)，此時啟動前驅動電機(12)和后驅動電機(30)，前滾輪(13)和后滾輪(29)帶動整個裝置在被測管件(33)中前進，通過激光測距傳感器(36)與反射鏡(2?)的配合工作確定整個裝置所行進的距離，確定整個裝置的當前位置，當到達待測截面時，關閉兩個驅動電機，啟動氣源為氣缸(15)供氣，氣缸(15)直接推動前楔形塊(10)和后楔形塊(16)背向運動，相互遠離，由于前支撐盤件(7)與后支撐盤件(18)的距離保持不變，所以前端鋼球(8)和后端鋼球(17)分別沿前楔形塊(10)和后楔形塊(16)徑向等徑向外推出，直至抵緊被測管件(33)內壁；氣缸(15)持續作用保證前端鋼球(8)和后端鋼球(17)抵緊孔壁保持穩定，實現定心；而在定心時，由于前楔形塊(10)和后楔形塊(16)相互遠離，使得前電機推動片(11)繞前U型架(22)向下擺動，后電機推動片(28)繞后U型架(27)向上擺動，從而帶動前驅動電機(12)繞花鍵軸抱箍(24)向下擺動，后驅動電機(30)繞花鍵軸抱箍(24)向上擺動，使得前滾輪(13)和后滾輪(29)離開被測管件(33)內壁；

C、定心后，啟動光電自準直儀(37)，獲得當前截面圓心坐標并記錄，同時記錄此時的傾角傳感器(4)旋轉角度；當前截面測量完成后，啟動電磁閥改變氣缸(15)進氣方式，使得前楔形塊(10)和后楔形塊(16)相向運動，相互靠近，前端鋼球(8)和后端鋼球(17)放松，離開孔壁，而隨著前楔形塊(10)和后楔形塊(16)的靠近，帶動前電機推動片(11)繞前U型架(22)向上擺動，后電機推動片(28)繞后U型架(27)向下擺動，使得前驅動電機(12)和后驅動電機(30)分別繞花鍵軸抱箍(24)向上、向下擺動，直至前滾輪(13)和后滾輪(29)再次抵緊被測管件(33)孔壁，重新啟動兩個驅動電機，帶動整個深孔直線度測量裝置在被測管件(33)內行進至下一待測截面；

D、轉步驟A，直至完成整個待被測管件(33)的測量，利用計算機分析處理光電自準直儀(37)記錄的圓心數據及傾角傳感器(4)的旋轉度數數據最終求得待測深孔直線度。