[发明专利]一种深孔直线度测量装置及方法

权利要求书

1.一种深孔直线度测量装置，包括测量单元、自定心单元以及驱动单元，所述测量单元包括转接座(1)、反射镜(2)、反射镜安装板(3)、弹簧(5)、安装架(6)和倾角传感器(4)，所述反射镜(2)通过铜片固定在反射镜安装板(3)上，所述倾角传感器(4)通过螺栓连接固定在安装架(6)上，所述反射镜安装板(3)通过螺栓固定在安装架(6)上，安装架(6)通过转接座(1)与自定心单元连接，所述弹簧(5)嵌套在固定反射镜安装板(3)的螺栓上、固定于安装架(6)及反射镜安装板(3)之间；

所述自定心单元包括前支撑盘件(7)、前端钢球(8)、前楔形块(10)、花键轴(26)、前花键套(23)、后花键套(14)、气缸(15)、浮动接头(31)、后楔形块(16)、后端钢球(17)和后支撑盘件(18)，所述前支撑盘件(7)、前花键套(23)、后花键套(14)、后支撑盘件(18)从前至后依次安装在花键轴(26)上，所述前支撑盘件(7)利用螺纹转换套(21)和螺栓(20)固定在花键轴(26)的前端，所述后支撑盘件(18)利用锁紧螺母(25)固定在花键轴(26)的后端；前花键套(23)和后花键套(14)对称安装；所述前楔形块(10)固定在前花键套(23)的前端，后楔形块(16)固定在后花键套(14)的后端，前楔形块(10)与后楔形块(16)对称设置、大端朝内，所述前支撑盘件(7)与前楔形块(10)的小端之间夹有多个前端钢球(8)，所述后支撑盘件(18)与后楔形块(16)的小端之间夹有多个后端钢球(17)，且前端钢球(8)和后端钢球(17)均围绕花键轴(26)的轴线沿圆周向均匀排列；所述气缸(15)固定在后楔形块(16)上，所述浮动接头(31)通过螺纹连接在气缸(15)上，其头部穿过前楔形块(10)，并利用螺母锁紧在前楔形块(10)上；所述气缸(15)和浮动接头(31)共两组，关于花键轴(26)对称安装；

其特征在于：所述驱动单元包括前驱动电机(12)、前滚轮(13)、后驱动电机(30)、后滚轮(29)、花键轴抱箍(24)、前U型架(22)和后U型架(27)，所述前驱动电机(12)通过前电机安装片(32)安装在花键轴抱箍(24)上，前驱动电机(12)绕花键轴抱箍(24)摆动；所述后驱动电机(30)通过后电机安装片(34)安装在花键轴抱箍(24)上，后驱动电机(30)绕花键轴抱箍(24)摆动；所述花键轴抱箍(24)通过螺栓固定在前花键套(23)和后花键套(14)之间的花键轴(26)上，所述前U型架(22)和后U型架(27)分别固定在前楔形块(10)和后楔形块(16)的内侧；所述前驱动电机(12)通过前电机推动片(11)与前U型架(22)连接；所述后驱动电机(30)通过后电机推动片(28)与后U型架(27)连接；所述前驱动电机(12)和后驱动电机(30)分别随前楔形块(10)和后楔形块(16)向两侧移动时绕花键轴抱箍(24)摆动；所述前驱动电机(12)采用双输出轴形式，所述前滚轮(13)中心开有通孔，中心通孔穿过前驱动电机(12)两侧输出轴，并利用键连接固定在前驱动电机(12)上；所述后驱动电机(30)采用双输出轴形式，所述后滚轮(29)中心开有通孔，中心通孔穿过后驱动电机(30)两侧输出轴，并利用键连接固定在后驱动电机(30)上； 所述前电机安装片(32)、前驱动电机(12)、前滚轮(13)、前电机推动片(11)和前U型架(22)构成前摆动机构，所述后电机安装片(34)、后驱动电机(30)、后滚轮(29)、后电机推动片(28)和后U型架(27)构成后摆动机构，前摆动机构和后摆动机构结构相同、且关于花键轴(26)反对称安装；

防护外壳(19)通过螺栓固定在前支撑盘件(7)和后支撑盘件(18)上，防护外壳(19)外部在相应位置分别开有与前端钢球(8)和后端钢球(17)数量一致的孔，且在孔对应位置处安装有与前端钢球(8)和后端钢球(17)数量对应的钢球压片(9)，所述钢球压片(9)压住前端钢球(8)、后端钢球(17)，钢球压片(9)与防护外壳(19)共同作用固定前端钢球(8)和后端钢球(17)的位置，防止其脱落；

被测管件(33)前端安装有传感器安装座(35)，用于安装光电自准直仪(37)、激光测距传感器(36)。

2.一种深孔直线度测量方法，其特征在于：利用权利要求1所述深孔直线度测量装置进行测量，包括以下步骤：

A、测量前，将传感器安装座(35)安装在被测管件(33)前端，并将光电自准直仪(37)和激光测距传感器(36)安装在传感器安装座(35)上，而后通过调节反射镜安装板(3)及安装架(6)之间的弹簧(5)将反射镜(2)调整至与花键轴(26)轴线垂直，保证其与光电自准直仪(37)发出的光线垂直；

B、测量时，将整个装置放入被测管件(33)的后端，由于气缸(15)此时处于未工作状态，驱动单元托底，前滚轮(13)和后滚轮(29)压紧于被测管件(33)，此时启动前驱动电机(12)和后驱动电机(30)，前滚轮(13)和后滚轮(29)带动整个装置在被测管件(33)中前进，通过激光测距传感器(36)与反射镜(2 )的配合工作确定整个装置所行进的距离，确定整个装置的当前位置，当到达待测截面时，关闭两个驱动电机，启动气源为气缸(15)供气，气缸(15)直接推动前楔形块(10)和后楔形块(16)背向运动，相互远离，由于前支撑盘件(7)与后支撑盘件(18)的距离保持不变，所以前端钢球(8)和后端钢球(17)分别沿前楔形块(10)和后楔形块(16)径向等径向外推出，直至抵紧被测管件(33)内壁；气缸(15)持续作用保证前端钢球(8)和后端钢球(17)抵紧孔壁保持稳定，实现定心；而在定心时，由于前楔形块(10)和后楔形块(16)相互远离，使得前电机推动片(11)绕前U型架(22)向下摆动，后电机推动片(28)绕后U型架(27)向上摆动，从而带动前驱动电机(12)绕花键轴抱箍(24)向下摆动，后驱动电机(30)绕花键轴抱箍(24)向上摆动，使得前滚轮(13)和后滚轮(29)离开被测管件(33)内壁；

C、定心后，启动光电自准直仪(37)，获得当前截面圆心坐标并记录，同时记录此时的倾角传感器(4)旋转角度；当前截面测量完成后，启动电磁阀改变气缸(15)进气方式，使得前楔形块(10)和后楔形块(16)相向运动，相互靠近，前端钢球(8)和后端钢球(17)放松，离开孔壁，而随着前楔形块(10)和后楔形块(16)的靠近，带动前电机推动片(11)绕前U型架(22)向上摆动，后电机推动片(28)绕后U型架(27)向下摆动，使得前驱动电机(12)和后驱动电机(30)分别绕花键轴抱箍(24)向上、向下摆动，直至前滚轮(13)和后滚轮(29)再次抵紧被测管件(33)孔壁，重新启动两个驱动电机，带动整个深孔直线度测量装置在被测管件(33)内行进至下一待测截面；

D、转步骤A，直至完成整个待被测管件(33)的测量，利用计算机分析处理光电自准直仪(37)记录的圆心数据及倾角传感器(4)的旋转度数数据最终求得待测深孔直线度。