本實(shí)用新型屬于深孔軸線直線度檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深孔直線度檢測(cè)裝置。

技術(shù)背景

深孔直線度目前的檢測(cè)基本過(guò)程是：第一、將深孔零件等分成n分，得到n+1個(gè)深孔截面，測(cè)出深孔截面上各點(diǎn)的坐標(biāo)；第二、運(yùn)用三點(diǎn)定圓原理找出深孔截面的圓心；第三、運(yùn)用兩端點(diǎn)連線法、最小區(qū)域法、最小二乘法找出理想的直線度誤差評(píng)定基線，算出深孔直線度。目前，實(shí)際應(yīng)用的深孔直線度檢測(cè)方法主要有量規(guī)檢驗(yàn)法、自準(zhǔn)直儀法、校正望遠(yuǎn)鏡測(cè)量法、感應(yīng)式應(yīng)變片測(cè)量法、超聲波測(cè)量法、激光測(cè)量法，這些方法有的只是定性的檢測(cè)；有的在確定深孔截面的圓心過(guò)程中存在原理誤差以及采樣的偶然誤差。

深孔直線度檢測(cè)的難點(diǎn)：第一、由于深孔軸線在檢測(cè)前未知，故不易保證所測(cè)深孔截面垂直于深孔軸線；第二、不易準(zhǔn)確測(cè)量出深孔截面上各點(diǎn)的坐標(biāo)；第三、由于實(shí)際加工出來(lái)的深孔存在圓度誤差以及表面質(zhì)量誤差，即深孔截面不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓，因此，不易確定深孔截面的圓心坐標(biāo)；第四、在獲得各深孔截面圓心坐標(biāo)后，進(jìn)行直線度誤差評(píng)定時(shí)不易找到理想的評(píng)定基線，現(xiàn)有的評(píng)定方法如兩端點(diǎn)連線法、最小區(qū)域法、最小二乘法都存在一定的原理誤差與計(jì)算誤差。因此，目前還沒有一種能夠有效避免原理誤差、偶然誤差、計(jì)算舍入誤差且能夠精確檢測(cè)出深孔直線度的方法與裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的：為準(zhǔn)確檢測(cè)深孔直線度提供一種原理誤差小、采樣偶然誤差小、舍入誤差小的檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

深孔直線度檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)部分、進(jìn)給部分、坐標(biāo)定位部分以及數(shù)據(jù)處理部分，所述的檢測(cè)部分包括左端蓋、內(nèi)六角沉頭螺釘、左彈簧、滑套、滾輪、桿系機(jī)構(gòu)、左固定軸、左PSD、分光鏡、光學(xué)玻璃、入射光線、固聯(lián)座、選光板、成像錐鏡、左凸透鏡、右凸透鏡、分劃板、光源、移動(dòng)電源、右端蓋、右彈簧、右固定軸、檢測(cè)框、過(guò)光板、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)固定座、玻璃板和右PSD；所述的進(jìn)給部分包括吊環(huán)、定滑輪、細(xì)繩、卷筒、機(jī)架、聯(lián)軸器和主步進(jìn)電機(jī)；所述的坐標(biāo)定位部分包括定位PSD、激光、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)、激光源；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號(hào)輸出線、信號(hào)輸入線、線卡、信號(hào)處理器、筆記本電腦。

所述的左端蓋與右端蓋均為圓形板，分別通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺釘安裝到左固定軸與右固定軸上，且左端蓋的直徑大于左固定軸的直徑；右端蓋的直徑大于右固定軸的直徑；所述的內(nèi)六角沉頭螺釘應(yīng)根據(jù)左端蓋與右端蓋及左固定軸與右固定軸的直徑選擇；所述的右端端蓋，在一面的中心設(shè)有安裝移動(dòng)電源與光源的凹槽；另一面的中心設(shè)有吊環(huán)。

所述的左固定軸和右固定軸均在中心處開有較大的通孔；左固定軸內(nèi)壁上沿母線方向設(shè)有線卡供排信號(hào)輸入線使用；右固定軸孔內(nèi)安裝左凸透鏡、右凸透鏡和分劃板；所述的右凸透鏡安裝在距離光源一倍焦距處；所述的分劃板與右凸透鏡之間的距離應(yīng)小于一倍焦距。

所述的左固定軸外表面設(shè)置有三套沿圓周方向等間距的桿系機(jī)構(gòu)；左固定軸外表面套有滑套；所述的桿系機(jī)構(gòu)由平面四桿機(jī)構(gòu)與一根短桿組合而成；桿系機(jī)構(gòu)上設(shè)有兩個(gè)滾輪；桿系機(jī)構(gòu)通過(guò)鉸鏈連接左固定軸及滑套上。

所述的左彈簧為螺旋彈簧，左彈簧置于左端蓋與滑套之間，并保持一定的壓力推動(dòng)桿系機(jī)構(gòu)上的滾輪壓在深孔內(nèi)壁上。

所述的右固定軸外表面設(shè)置有與上述相同的機(jī)構(gòu)。

所述的右彈簧為螺旋彈簧，并保持一定的壓力。

所述的檢測(cè)框?yàn)閳A柱形，檢測(cè)框上安裝有可供光線透過(guò)的光學(xué)玻璃。檢測(cè)框的左端面與左固定軸固連；檢測(cè)框的右端面與右固定軸固連；所述的檢測(cè)框右端面為圓形玻璃。

所述的左PSD安裝在檢測(cè)框左端面的內(nèi)側(cè)；所述的分光鏡安裝在檢測(cè)框內(nèi)；所述的玻璃板安裝在檢測(cè)框內(nèi)；所述的右PSD安裝在玻璃板靠近分光鏡的一側(cè)；位置關(guān)系應(yīng)滿足左PSD與分光鏡之間的距離小于分光鏡與右PSD之間的距離；左PSD與右PSD上的信號(hào)輸入線穿出檢測(cè)框，并經(jīng)線卡的排列走線，最后連接到信號(hào)處理器上；經(jīng)信號(hào)處理器處理過(guò)的信息通過(guò)信號(hào)輸出線輸出到筆記本電腦進(jìn)行計(jì)算處理。

所述的成像錐鏡安裝在檢測(cè)框右端面的中心；同時(shí)滿足成像錐鏡與左凸透鏡之間的距離為左凸透鏡的一倍焦距。

所述的步進(jìn)電機(jī)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)固定座安裝到過(guò)光板的中心；步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上裝配選光板。

所述的過(guò)光板為直徑略小于檢測(cè)框內(nèi)徑的圓形薄板，且在沿圓周方向開有12個(gè)等間距的小孔；過(guò)光板中心處開有較大直徑的孔與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸相配；通過(guò)固聯(lián)座將過(guò)光板固定在檢測(cè)框內(nèi)。

所述的選光板為圓形薄板，其直徑小于檢測(cè)框的內(nèi)徑；選光板安裝在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上；選光板上開有一個(gè)供光線通過(guò)的小孔。

經(jīng)過(guò)成像錐鏡15反射后的光束能夠通過(guò)選光板14與過(guò)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(guò)分光鏡10照射到左PSD9上；另一部經(jīng)分光鏡10反射到右PSD36上；

所述的細(xì)繩為非彈性細(xì)繩，其一端系在吊環(huán)上，一端繞過(guò)定滑輪后系在卷筒上。

將所測(cè)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(gè)深孔截面；以左PSD9的中心為原點(diǎn)建立相對(duì)坐標(biāo)系，測(cè)算出深孔截面上多個(gè)點(diǎn)在該坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；將這些點(diǎn)的坐標(biāo)利用阻尼牛頓法擬合一個(gè)理想的圓，其能滿足每個(gè)測(cè)點(diǎn)到該圓上的偏移量的平方和最??；所擬合圓的圓心即為該深孔截面處深孔實(shí)際軸線上的點(diǎn)。將擬合所得的圓心依次連接起來(lái)即得到深孔的實(shí)際軸線。

以左PSD9的中心為原點(diǎn)建立的相對(duì)坐標(biāo)系；通過(guò)選光板14與過(guò)光板32配合的篩選作用，可測(cè)算出同一深孔截面邊界上多個(gè)點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，將這些點(diǎn)的坐標(biāo)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，可得到所測(cè)深孔截面的實(shí)際圓心。以激光源45為原點(diǎn)建立大地坐標(biāo)系，激光源45，激光準(zhǔn)直系統(tǒng)44，激光43及定位PSD38組成定位系統(tǒng)，可以將檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)機(jī)構(gòu)所建立的相對(duì)坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)；將檢測(cè)系統(tǒng)中相對(duì)坐標(biāo)系下測(cè)得的圓心坐標(biāo)變換到大地坐標(biāo)系下；然后根據(jù)大地坐標(biāo)系下的深孔截面圓心來(lái)計(jì)算深孔直線度。

總之，本實(shí)用新型主要具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

深孔直線度檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)部分、進(jìn)給部分、坐標(biāo)定位部分以及數(shù)據(jù)處理部分，所述的檢測(cè)部分包括左端蓋2、內(nèi)六角沉頭螺釘3、左彈簧4、滑套5、滾輪6、桿系機(jī)構(gòu)7、左固定軸8、左PSD9、分光鏡10、光學(xué)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(dòng)電源20、右端蓋22、右彈簧29、右固定軸30、檢測(cè)框31、過(guò)光板32、步進(jìn)電機(jī)34、步進(jìn)電機(jī)固定座33、玻璃板35和右PSD36；所述的進(jìn)給部分包括吊環(huán)21、定滑輪23、細(xì)繩24、卷筒25、機(jī)架26、聯(lián)軸器27和主步進(jìn)電機(jī)28；所述的坐標(biāo)定位部分包括定位PSD 38、激光43、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)44、激光源45；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號(hào)輸出線40、信號(hào)輸入線42、線卡37、信號(hào)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，分別通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺釘3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(dòng)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(jī)構(gòu)7；左固定軸8外表面套有滑套5；所述的桿系機(jī)構(gòu)7由平面四桿機(jī)構(gòu)與一根短桿組合而成；桿系機(jī)構(gòu)7上設(shè)有兩個(gè)滾輪6；桿系機(jī)構(gòu)7通過(guò)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(shí)使彈簧保持壓力以使桿系機(jī)構(gòu)7上的滾輪6能夠一直壓在被測(cè)深孔的內(nèi)壁上；所述的檢測(cè)框31為圓柱形，檢測(cè)框31上安裝有可供光線透過(guò)的光學(xué)玻璃11；檢測(cè)框31的左端面與左固定軸8固連；檢測(cè)框31的右端面與右固定軸30固連；所述的檢測(cè)框31右端面為圓形玻璃；

所述的左PSD9安裝在檢測(cè)框31左端面的內(nèi)側(cè)；所述的分光鏡10安裝在檢測(cè)框31內(nèi)；所述的玻璃板35安裝在檢測(cè)框31內(nèi)；所述的右PSD36安裝在玻璃板35靠近分光鏡10的一側(cè)；位置關(guān)系應(yīng)滿足左PSD9與分光鏡10之間的距離小于分光鏡10與右PSD36之間的距離；左PSD9與右PSD36上的信號(hào)輸入線42穿出檢測(cè)框31，并經(jīng)線卡37的排列走線，最后連接到信號(hào)處理器41上；經(jīng)信號(hào)處理器41處理過(guò)的信息通過(guò)信號(hào)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(cè)框31右端面的中心；同時(shí)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(jìn)電機(jī)34通過(guò)步進(jìn)電機(jī)固定座33安裝到過(guò)光板32的中心；步進(jìn)電機(jī)34的輸出軸上裝配選光板14；所述的過(guò)光板32在沿圓周方向開有12個(gè)等間距的小孔；過(guò)光板32中心處開孔與步進(jìn)電機(jī)34的輸出軸相配；通過(guò)固聯(lián)座13將過(guò)光板32固定在檢測(cè)框31內(nèi)；選光板14安裝在步進(jìn)電機(jī)34的輸出軸上；選光板14上開有一個(gè)供光線通過(guò)的小孔；經(jīng)過(guò)成像錐鏡15反射后的光束能夠通過(guò)選光板14與過(guò)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(guò)分光鏡10照射到左PSD9上；另一部經(jīng)分光鏡10反射到右PSD36上；

所述的激光源45發(fā)出的激光43照射在定位PSD38上。

所述的右固定軸30外表面設(shè)置有與左固定軸外表面相同的機(jī)構(gòu)。

所述的過(guò)光板32為直徑小于檢測(cè)框31內(nèi)徑的圓形薄板。

所述的選光板14為圓形薄板，其直徑小于檢測(cè)框31的內(nèi)徑。

本實(shí)用新型的有益效果：第一、利用激光與PSD檢測(cè)深孔截面上各點(diǎn)的坐標(biāo)，檢測(cè)精度高。第二、利用平面桿系機(jī)構(gòu)在彈簧壓力的作用下實(shí)現(xiàn)自定心有助于減小檢測(cè)過(guò)程中的操作誤差。第三、同一個(gè)深孔截面上測(cè)算了多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，并用阻尼牛頓法尋優(yōu)求解深孔截面的圓心，有效地減小了偶然誤差。第四、利用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)選光板選擇可通過(guò)過(guò)光板的光束，有助于提高檢測(cè)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為檢測(cè)系統(tǒng)的示意圖，

圖2為過(guò)光板示意圖，

圖3為選光板示意圖，

圖4為坐標(biāo)示意圖，

圖5為過(guò)光板上過(guò)光孔的示意圖，

圖6為由點(diǎn)擬合圓示意圖，

圖中：1-工件，2-左端蓋，3-內(nèi)六角沉頭螺釘，4-左彈簧，5-滑套，6-滾輪，7-桿系機(jī)構(gòu)，8-左固定軸，9-左PSD，10-分光鏡，11-光學(xué)玻璃，12-入射光線，13-固聯(lián)座，14-選光板，15-成像錐鏡，16-左凸透鏡，17-分劃板，18-右凸透鏡，19-光源，20-移動(dòng)電源，21-吊環(huán)，22-右端蓋，23-定滑輪，24-細(xì)繩，25-卷筒，26-機(jī)架，27-聯(lián)軸器，28-主步進(jìn)電機(jī)，29-右彈簧，30-右固定軸，31-檢測(cè)框，32-過(guò)光板，33-步進(jìn)電機(jī)固定座，34-步進(jìn)電機(jī)，35-玻璃板，36-右PSD，37-線卡，38-定位PSD，39-筆記本電腦，40-信號(hào)輸出線，41-信號(hào)處理器，42-信號(hào)輸入線，43-激光，44-激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，45-激光源。

具體實(shí)施方式

以下為本實(shí)用新型的一些具體實(shí)施方式，這些具體實(shí)施方式是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的，不對(duì)本實(shí)用新型做任何限制。

按照深孔直線度的測(cè)量原理設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示。主步進(jìn)電機(jī)28通過(guò)驅(qū)動(dòng)卷筒25旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而拉動(dòng)細(xì)繩24。細(xì)繩24繞過(guò)定滑輪23系在檢測(cè)裝置右端的吊環(huán)21上。當(dāng)主步進(jìn)電機(jī)28旋轉(zhuǎn)時(shí)，細(xì)繩24拖著吊環(huán)21從工件1的左端向右端移動(dòng)，逐點(diǎn)測(cè)量工件1深孔內(nèi)表上的一系列點(diǎn)的坐標(biāo)。檢測(cè)裝置左端有左端蓋2，右端有右端蓋22。左、右端蓋分別通過(guò)內(nèi)六角沉頭螺釘3裝配到左固定軸8和右固定軸30上。左、右固定軸上都有滑套和桿系機(jī)構(gòu)?；?一端固連在左彈簧4上，另一端固連在桿系機(jī)構(gòu)7上。左彈簧4置于左端蓋2與滑套5之間，并保持一定的壓力推動(dòng)桿系機(jī)構(gòu)7上的滾輪6壓在深孔內(nèi)壁上。右彈簧29置于右端蓋22與滑套5之間，并保持一定的壓力推動(dòng)右端桿系機(jī)構(gòu)上的滾輪壓在深孔內(nèi)壁上。右端蓋22的中心位置設(shè)置移動(dòng)電源20及光源19。光源19位于右凸透鏡18的焦點(diǎn)處，發(fā)出的光經(jīng)過(guò)右凸透鏡18分散后射向分劃板17，形成若干平行光束。平行光束經(jīng)過(guò)左凸透鏡16 聚焦后射向位于左凸透鏡16左邊一倍焦距處的成像錐鏡15。光束經(jīng)過(guò)成像錐鏡15反射后射向選光板14與過(guò)光板32；當(dāng)選光板14上的小孔與過(guò)光板32上的小孔沿光束方向?qū)R時(shí)，光束穿過(guò)檢測(cè)框31上的光學(xué)玻璃11照射到工件1內(nèi)壁上。

選光板14通過(guò)鍵裝配在步進(jìn)電機(jī)34的輸出軸上，步進(jìn)電機(jī)34旋轉(zhuǎn)時(shí)，選光板14同步旋轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)34固定于步進(jìn)電機(jī)固定座33，步進(jìn)電機(jī)固定座33固連在過(guò)光板32上。固聯(lián)座13將過(guò)光板32固定在檢測(cè)框31上。

選光板14只開有一個(gè)小孔，如圖2所示；過(guò)光板32上沿周向間隔30°開有小孔，共有12個(gè)小孔，如圖3所示。當(dāng)選光板14上的小孔與過(guò)光板32上的小孔沿光線射入方向?qū)R時(shí)，被成像錐鏡15反射的光線才能經(jīng)過(guò)選光板14與過(guò)光板32。選出的光線透過(guò)光學(xué)玻璃11射向深孔內(nèi)壁，經(jīng)過(guò)深孔內(nèi)壁的反射后，穿過(guò)光學(xué)玻璃11射到分光鏡10上。在分光鏡10的作用下，一部分光透過(guò)分光鏡10照射到左PSD(零件號(hào)9)上；一部分光經(jīng)分光鏡10反射后照射到右PSD36上。安裝PSD時(shí)要保證左、右PSD中心的連線與左、右固定軸的軸線共線。PSD上的信號(hào)輸入線42從檢測(cè)框31上的線孔穿出后，經(jīng)過(guò)線卡37的排線布置，進(jìn)入左固定軸8中，然后按照?qǐng)D1中的走線方式，進(jìn)入到左端蓋2的線孔中，然后連接到信號(hào)處理器41上。信號(hào)處理器41將左、右PSD上光斑信號(hào)處理后經(jīng)信號(hào)輸出線40輸入到筆記本電腦39中進(jìn)行運(yùn)算處理。

以左PSD9的中心為原點(diǎn)建立的相對(duì)坐標(biāo)系；通過(guò)選光板14與過(guò)光板32配合的篩選作用，可測(cè)算出同一深孔截面邊界上多個(gè)點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，將這些點(diǎn)的坐標(biāo)經(jīng)過(guò)計(jì)算處理，可得到所測(cè)深孔截面的實(shí)際圓心。激光源45，激光準(zhǔn)直系統(tǒng)44，激光43及定位PSD38組成的定位系統(tǒng)，可以將檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)機(jī)構(gòu)所建立的相對(duì)坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)；將檢測(cè)系統(tǒng)中相對(duì)坐標(biāo)系下測(cè)得的圓心坐標(biāo)變換到大地坐標(biāo)系下；然后根據(jù)大地坐標(biāo)系下的深孔截面圓心來(lái)計(jì)算深孔直線度。