[发明专利]一种适应变孔径的深孔圆柱度检测设备及方法

说明书

本发明属于工业产品几何量精密测量相关技术领域，其公开了一种适应变孔径的深孔圆柱度检测设备与方法，检测设备包括同轴设置的无衍射光发生器、位姿测量装置、自定心装置及直径测量装置，位姿测量装置及直径测量装置分别连接于自定心装置相背的两侧；自定心装置包括自定心机构，自定心机构包括并联曲柄环及三个并联的活动组件，三个活动组件的一端分别转动地连接于并联曲柄环，且活动组件通过弹性变形来调整自身与并联曲柄环的中心轴之间的间距，以适应不同孔径的待测孔件；并联曲柄环用于将三个活动组件中任一个的运动传递给另外两个，使得三个活动组件同步运动。本发明提高了测量精度及检测速度，稳定性较好，操作简便。

技术领域

本发明属于工业产品几何量精密测量相关技术领域，更具体地，涉及一种适应变孔径的深孔圆柱度检测设备及方法。

背景技术

长径比较大的深孔类零件如液压油缸、火炮身管、发动机等等，由于孔形特殊且空间有限，目前工业界多采取人工千分表式测量、三坐标机或者圆柱度仪进行测量。人工测量效率低，需要不断找正对中，且人为因素导致的误差较大。三坐标机、圆柱度仪虽然精度高，但对于长度达到5～15m，则由于量程限制无法进行测量。

综上所述，目前工业界对于中小孔径、长度较长的深孔件缺乏合适的圆柱度检测方法，现有具有代表性的研究如下：

例如：在文献“大孔径管道4自由度内部检测机器人系统[J].机械工程学报，2009,267:273)”中，使用多个电机构建出了结合行走机构、回转机构、激光调整机构等的检测系统。该系统通过计算激光行程时间来实现径向距离检测，能够应用到直径500～1000mm的大孔径检测作业中，截面圆度的检测精度较高。

但该装置由于回转机构本身限制，无法做到小型化而适应常见孔径如火炮等几十至上百孔径大小的零件，并且需要在每一个截面检测时严格对中调整，降低了检测效率。此外，由于没有位姿检测系统，多个截面之间无法相关联从而直接构建出孔件的轴线和圆柱度信息；

在文献“深孔类零件内表面三维综合测量技术的研究[D].中国科学技术大学，2018”中，将CCD相机与环形激光发生器、滚珠丝杠及石英管相结合，滚珠丝杠进给的同时CCD连续拍摄内孔截面图像，然后结合图像处理技术计算出截面的各个几何量信息。针对100mm以下小孔径，径向理论精度较好。

但正是由于相机拍摄的是整个孔径的图像，此系统在确定了相面尺寸的情况下系统分辨率即精度较低，目前无法应用在长度在米量级的深孔中，并且无法在深孔中获取检测装置自身位姿，会导致圆柱度综合检测结果误差较大、重复性较差。

综上所述，内孔类零件，尤其是直径150mm左右，长度在5-15m范围内的深孔件，缺乏测量精度及效率高的圆柱度测量装置及方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种一种适应变孔径的深孔圆柱度检测设备及方法，所述设备通过将无衍射光发生器、位姿测量装置、自定心装置及直径测量装置依次同轴安装，整个设备能够适应孔形变化，并连续获取内孔截面信息和自身位姿信息，全部信息的获取由数据单元统一处理，获得信息后先根据位姿信息计算内孔轴线，然后将对应的截面图像信息通过坐标变换统一至内孔轴线上，同时利用位姿信息进行误差补偿，进而通过统一坐标的全部内孔信息计算出整个孔件的圆柱度，测量精度高，稳定性好，操作简便，适合快速检测，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适应变孔径的深孔圆柱度检测设备，所述检测设备包括同轴设置的无衍射光发生器、位姿测量装置、自定心装置及直径测量装置，所述位姿测量装置及所述直径测量装置分别连接于所述自定心装置相背的两侧；