[发明专利]深孔直线度检测方法

摘要

本发明属于深孔轴线直线度检测技术领域，具体涉及一种深孔直线度检测方法，所采用的检测装置由检测部分、进给部分、坐标定位部分以及数据处理部分构成，主要步骤为首先将深孔工件沿母线方向划分为n等分，得到n+1个深孔截面；其次，在检测部分建立相对坐标系，依据光电检测结果求深孔截面上多个点在相对坐标系下的坐标；再次，利用阻尼牛顿法求出各深孔截面在相对坐标系下的圆心；最后，将各圆心转换到大地坐标下计算深孔轴线直线度。本发明可全程动态检测各深孔截面上多个点的坐标，测算各深孔截面圆心的误差小，检测精度高。

主权项

深孔直线度检测方法，包括深孔直线度检测装置，其特征在于：所述的检测装置包括检测部分、进给部分、坐标定位部分以及数据处理部分，检测部分位于被测工件(1)的深孔内，所述的检测部分包括左端盖(2)、左弹簧(4)、滑套(5)、滚轮(6)、杆系机构(7)、左固定轴(8)、左PSD(9)、分光镜(10)、光学玻璃(11)、入射光线(12)、固联座(13)、选光板(14)、成像锥镜(15)、左凸透镜(16)、分划板(17)、右凸透镜(18)、光源(19)、移动电源(20)、右端盖(22)、右弹簧(29)、右固定轴(30)、检测框(31)、过光板(32)、步进电机(34)、步进电机固定座(33)、玻璃板(35)和右PSD(36)；所述的进给部分包括吊环(21)、定滑轮(23)、细绳(24)、卷筒(25)、机架(26)、联轴器(27)和主步进电机(28)；所述的坐标定位部分包括定位PSD(38)、激光(43)、激光准直系统(44)、激光源(45)；所述的数据处理部分包括信号输出线(40)、信号输入线(42)、线卡(37)、信号处理器(41)、笔记本电脑(39)；所述的左端盖(2)与右端盖(22)均为圆形板，分别安装到左固定轴(8)与右固定轴(30)上，且左端盖(2)的直径大于左固定轴(8)的直径；右端盖(22)的直径大于右固定轴(30)的直径；所述的右端端盖(22)，其一面的中心设有安装移动电源(20)与光源(19)的凹槽；另一面的中心设有吊环(21)；所述的左固定轴(8)和右固定轴(30)均在中心处开有通孔；所述的右固定轴(30)孔内安装右凸透镜(18)、分划板(17)和左凸透镜(16)；所述的右凸透镜(18)安装在距离光源(19)一倍焦距处；所述的左固定轴(8)外表面设置有三套沿圆周方向等间距的杆系机构(7)；左固定轴(8)外表面套有滑套(5)；所述的杆系机构(7)由平面四杆机构与一根短杆组合而成；杆系机构(7)上设有两个滚轮(6)；杆系机构(7)通过铰链连接在左固定轴(8)及滑套(5)上；所述的左弹簧(4)为螺旋弹簧，安装在左端盖(2)与滑套(5)之间；装配时使弹簧保持压力以使杆系机构(7)上的滚轮(6)能够一直压在被测深孔的内壁上；所述的检测框(31)为圆柱形，检测框(31)上安装有可供光线透过的光学玻璃(11)；检测框(31)的左端面与左固定轴(8)固连；检测框(31)的右端面与右固定轴(30)固连；所述的检测框(31)右端面为圆形玻璃；所述的左PSD(9)安装在检测框(31)左端面的内侧；所述的分光镜(10)安装在检测框(31)内；所述的玻璃板(35)安装在检测框(31)内；所述的右PSD(36)安装在玻璃板(35)靠近分光镜(10)的一侧；位置关系应满足左PSD(9)与分光镜(10)之间的距离小于分光镜(10)与右PSD(36)之间的距离；左PSD(9)与右PSD(36)上的信号输入线(42)穿出检测框(31)，并经线卡(37)的排列走线，最后连接到信号处理器(41)上；经信号处理器(41)处理过的信息通过信号输出线(40)输出到笔记本电脑(39)；所述的成像锥镜(15)安装在检测框(31)右端面的中心；同时满足成像锥镜(15)与左凸透镜(16)之间的距离为左凸透镜(16)的一倍焦距；所述的步进电机(34)通过步进电机固定座(33)安装到过光板(32)的中心；步进电机(34)的输出轴上装配选光板(14)；所述的过光板(32)在沿圆周方向开有12个等间距的小孔；过光板(32)中心处开孔与步进电机(34)的输出轴相配；通过固联座(13)将过光板(32)固定在检测框内(31)；选光板(14)安装在步进电机(34)的输出轴上；选光板(14)上开有一个供光线通过的小孔；经过成像锥镜(15)反射后的光束能够通过选光板(14)与过光板(32)上的小孔照射到深孔内壁上；且入射光线(12)经深孔内壁反射后能够照射到分光镜(10)上；分光镜(10)将光线分为两部分，一部分透过分光镜(10)照射到左PSD(9)上；另一部经分光镜(10)反射到右PSD(36)上；所述的激光源(45)发出的激光(43)照射在定位PSD(38)上；其检测方法的步骤如下：第一，将所测深孔零件沿深孔母线方向划分为n等份，在深孔的内表面得到n+1个深孔截面；第二，调试检测装置，保证被成像锥镜15反射的光线能经过选光板14与过光板32上的小孔后能够穿过检测框31上的光学玻璃11照射到工件1的内壁上；选光板14上的小孔中心与过光板32上的小孔中心连线与左、右PSD中心的连线夹角为α，记录α值；调试还要保证光线经过深孔内壁反射后能够在分光镜10的作用下照射到左PSD 9和右PSD 36上；调试好检测系统后，测量并记录左PSD 9、分光镜10、右PSD 36和过光板32之间的距离：如图4所示，左PSD 9与分光镜10之间的距离为a，分光镜10到右PSD36的距离为b(b＞a)，左PSD9到过光板32之间的距离为S，过光板32上沿周向间隔30°均布的小孔与过光板32中心之间的距离均为R；第三步，以左PSD9的中心为原点建立相对坐标系；第四，通过步进电机带动选光板旋转，使得经过成像锥镜(15)反射后的光束能够通过选光板(14)与过光板(32)上的小孔照射到深孔内壁上；且入射光线(12)经深孔内壁反射后能够照射到分光镜(10)上；分光镜(10)将光线分为两部分，一部分透过分光镜(10)照射到左PSD(9)上；另一部经分光镜(10)反射到右PSD(36)上；分别记录左、右PSD上的光斑位置坐标；第五，根据左、右PSD上光斑位置坐标、a、b、R和α求出深孔截面上多个点在相对坐标系下的横坐标和纵坐标；第六，将深孔截面上多个点的坐标拟合出一个理想的圆，满足每个测点到该圆上的偏移量的平方和最小，拟合方法为利用阻尼牛顿法，所拟合圆的圆心为该深孔截面处深孔轴线上的点；第七，以激光源45，激光准直系统44，激光43及定位PSD38组成定位系统，以激光源45为原点建立大地坐标系，将相对坐标系与大地坐标系联系起来；将检测系统中相对坐标系下测得的圆心坐标变换到大地坐标系下；第八，将拟合所得的圆心依次连接起来，该连线即为深孔轴线；第九，根据大地坐标系下的深孔截面圆心来计算深孔直线度。