[发明专利]超声深孔直线度检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种深孔直线度检测方法及装置，具体地说涉及一种超声深孔直线度检测方法及装置。

背景技术

深孔加工复杂且特殊，加工过程受诸如刀杆变形、系统颤振、工件材质、钻头参数、切削参数、油液压力、排屑困难等多方面因素的影响，深孔零件常出现轴线偏斜的现象，一旦偏斜到某种程度，深孔零件轴线的直线度误差将产生急剧变化，造成钻头损坏、工件报废、产品精度低、质量不合格等不良后果。

直线度检测贯穿于整个深孔加工过程中，是深孔领域控制产品质量的重要手段，也是深孔加工必须考虑的一项基本指标，对于孔类零件，通常所说的直线度是指零件实际轴线相对于理论轴线的偏差。

深孔轴线直线度的检测方法有测壁厚法、激光测量法、量规测量法、臂杆测量法、望远镜测量法等，这些方法或是没有考虑工件内外圆表面质量对测量结果的影响，或是受到孔径太小的限制而不能用于测量孔径过小的深孔工件。

现有的一些深孔直线度检测装置利用超声波测厚仪，仅通过测量被测工件深孔的孔壁厚度确定被测工件深孔的直线度，具有原理性误差，对检测结果造成了很大的影响。而且用该方法对壁厚不变，而深孔轴线弯曲的零件进行测量，很有可能将深孔轴线误判为直线。

发明内容

本发明的目的：本发明旨在克服上述现有技术的缺点，开发一种新的深孔直线度检测装置，并使直线度检测结果不受到测量原理的影响，尽最大可能减小深孔直线度检测误差。

本发明采用如下技术方式实现：本发明由检测部分和检测架构成，检测部分由超声测头、超声测厚仪和数字微分头构成，检测架包括带磁性开关的磁力吸附机构和定位块。检测架底部具有凹槽，可与机床导轨相配合并可沿导轨移动，顶部的两个定位块用于确定检测部分的位置和方向。检测部分靠紧定位块固定于检测架上，检测架支撑检测部分使超声测头轴线与机床主轴轴线位于同一水平面内，调节微分头手柄可以改变超声测头到机床主轴轴线的距离。

数字微分头的调零方法：首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘上夹紧，然后调节微分头手柄，使超声测头端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄使微分头测杆再伸出d/2长度，此时超声测头前端面与机床主轴重合，设置数字微分头读数为零。

检测架上具有可开关的磁力吸附机构，包括可旋转的永磁铁和一个磁性开关，磁性开关打开时，永磁铁的N极或者S极指向导轨，检测架对外磁力增大，可以固定于导轨上，当磁性开关关闭时，N极与S极距导轨距离相同，检测架对外不显磁性，可以在导轨上自由移动。

所述永磁铁应为长条形，且长径比应大于等于5，用以保证磁力开关分别在打开和关闭状态时，检测架对导轨产生的吸引力具有足够大的差别。且永磁铁两端为圆弧形，检测架内部有凸台，凸台上有圆弧形凹槽。在永磁铁N或S极指向导轨时，磁极可与检测架接触，从而对导轨产生更大的吸引力。

测量某一截面上孔壁位置时，以机床主轴轴线与该截面的交点作为坐标系原点，在水平和竖直方向建立平面直角坐标系，打开检测架磁性开关以固定检测架的位置，调节微分头手柄使超声测头与被测工件接触，数字微分头测量的是被测工件外壁到机床主轴轴线的距离OD，超声测厚仪测量的是被测工件壁厚CD，则在超声测头所测量的直线上，深孔壁到机床主轴的距离为：

OC＝OD-CD

用计算机记录下OD，CD，OC取得第一组数据，读数结束后调节微分头手柄使超声测头离开被测工件一定距离。

几何学上，任意不在同一直线上的三个点可以确定一个圆。也就是说，测出被测工件深孔壁上任意三个点的位置，就可以近似求得被测工件深孔壁的圆心位置。

使卡盘旋转几个角度，利用上述方法，通过测量和计算可以得到任意取在被测工件截面圆周上的A、B两点的位置坐标。也就可以确定一个圆心M。多次测量得到深孔壁截面上n个点的位置坐标，就可以利用这些点求得个圆心。然后，关闭检测架上的磁性开关沿导轨方向移动检测架，选取被测工件多个截面测量，得到一系列圆心的坐标，利用计算机取一个最小的圆柱，将这些圆心全部包围在内，这个圆柱的直径就是该深孔的直线度误差最大值。

圆心坐标的求法：

设点A坐标为(x₁，y₁)，B点(x₂，y₂)，C点(x₃，y₃)，所求圆半径为r，圆心M坐标为(x₀，y₀)根据圆心到圆上点距离相等可得出方程组：