孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法。包括气动测量组件及其配套的校准规，气动测量头上开有四组锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴；先进行气动喷嘴校准，再同步测量直线度误差、圆度误差和锥度误差，接着进行第一次合格性判断，测量获得内孔四处横截面的平均直径，并通过四处横截面的平均直径获得内孔的孔形，采用主次区分方式进行自适应圆柱度计算，获得圆柱度误差值，最后进行第二次合格性判断。本发明专利技术公开的复合式气动检测装置及测量方法，可有效判别各种内孔孔形，并用适应性算法计算圆柱度，测量精度高，测量结果可靠，适用工况范围广，可实现工件的现场检测，大幅度提高测量效率。

Hole type self-adaptive internal hole cylindricity pneumatic composite detecting device and measuring method

The invention discloses a hole shaped self-adaptive internal cylinder cylindricity pneumatic composite detection device and a measuring method thereof. Including calibration gauge measurement of aerodynamic components and supporting the pneumatic measuring head is provided with four groups of taper pneumatic nozzle and four straightness pneumatic nozzle; advanced aerodynamic nozzle calibration, and simultaneous measurement of straightness and roundness error and taper error, then the first pass judgment, measurement the average diameter of the inner hole around the cross section, and the average diameter of the cross section of the hole to get around the holes, the primary distinction adaptive cylindricity calculation, obtain the cylindricity error, finally carries on second times of passing judgment. Detection device and method of measuring dynamic composite gas disclosed by the invention can effectively distinguish all kinds of inner hole shape, and adaptive algorithm for computing cylindricity, high measuring precision, reliable measurement results, for a wide range of operating conditions, can realize the detection of the workpiece site, greatly improve the efficiency of measurement.

【技术实现步骤摘要】
孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法
本专利技术涉及一种内孔精密检测装置及测量方法，特别是针对精密配合内孔的现场检测的一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法。
技术介绍
精密配合内孔的加工精度是决定某些零部件性能的关键因素。内孔圆柱度误差是保证配合精度的重要性能指标。设计人员对精密配合孔的圆柱度误差要求往往只有几微米，而内孔又多为细长形，因此内孔圆柱度检测变得愈加困难。目前，市场上对产品内孔圆柱度的检测主要有传统气动量仪检测法、圆度仪法、三坐标测量机法。传统的气动检测通过检测内孔的某个单一形状误差，例如直线度或者锥度用来替代圆柱度，显然这种测量方法难以适应不同孔形，其评价结果和真实圆柱度误差很大，难以满足测量要求。此外，这种方法通过单一形状误差代替圆柱度，包含内孔信息少，代表性差。刘慧建等在专利“一种转向机齿条精度值的综合检测装置及测试方法(201610025563.5)”中，运用所测细长杆件的直径极差、跳动极差及直线度数值计算圆柱度。该装置中利用导轨测量直线度，会引入很大误差，当精度达到微米级时，难以准确测量。此外，文中并没有详细的圆柱度计算公式。圆度仪法、三坐标测量机法检测内孔圆柱度最为准确，但需在专门的计量室中检测，检测步骤复杂、周期长、成本高，不适应大批量产品的检测，也无法在生产现场检测。尤其是检测需反复修正的内孔时，检测周期长导致生产效率很低。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供了一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法，具有孔形自适应特性，能高精度检测细长内孔圆柱度误差，并实现生产现场检测，提高生产效率。本专利技术所采用的技术方案是：一、一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置：包括气动测量组件及其配套的校准规。气动测量组件包括气管保护套、弹簧、螺母、手柄、限位挡板和气动测量头；气动测量头尾端经限位挡板与手柄头端连接，限位挡板用于连接到孔端面进行定位，手柄为中空结构，气管保护套以及弹簧通过螺母固定连接在手柄尾端螺母。气动测量头上开有四组锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴，其中：四组锥度气动喷嘴以两个为一组，每组的两个锥度气动喷嘴对称布置在气动测量头同一横截面的两侧，不同组的锥度气动喷嘴布置在气动测量头不同横截面上，所有锥度气动喷嘴均布置在气动测量头同一轴向截面上，每组的锥度气动喷嘴经各自的气管后与各自的气动量仪连接，气管穿过手柄和气管保护套后连接气动量仪，从而四组锥度气动喷嘴形成沿轴向间隔布置的四路锥度气动检测；四个直线度气动喷嘴中，其中两个直线度气动喷嘴布置在气动测量头中部的同一侧，另外两个直线度气动喷嘴分别布置在气动测量头两端部的另一侧，四个直线度气动喷嘴均布置在气动测量头同一轴向截面上，且直线度气动喷嘴所在的轴向截面与锥度气动喷嘴所在的轴向截面相垂直，所有直线度气动喷嘴通过同一根气管后与同一气动量仪连接，气管穿过手柄和气管保护套后连接气动量仪，从而四个直线度气动喷嘴形成一路锥度气动检测。所述配套的校准规包括直线度上限校准规、直线度下限校准规、辅助校准规、直径上限校准规和直径下限校准规，五个校准规均为套环结构。所述的气动测量头外侧壁设有多个沿轴向的导流槽，导流槽设置在沿轴向一排气动喷嘴旁边并与所述气动喷嘴环槽相通。所述直线度气动喷嘴与所述锥度气动喷嘴同时设置于气动测量头上，并同时测量出内孔各种形状误差用以获得圆柱度。二、一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合测量方法，采用以下步骤：1)气动喷嘴校准：分别校准气动测量头上的直线度测量喷嘴和锥度测量喷嘴，使用直线度上限校准规、直线度下限校准规和辅助校准规校准直线度测量喷嘴，使用直径上限校准规、直径下限校准规校准锥度测量喷嘴；2)同步测量直线度误差、圆度误差和锥度误差：将所述复合测量装置放入被测孔中，限位挡板与内孔外端面接触，使得气动测量头和被测孔的轴向相重叠定位，然后旋转气动测量头一周360度，通过五个气动量仪采用以下方式测量，记录获得直线度、圆度和锥度的测量数据，具体为内孔轴线直线度δA、四组锥度气动喷嘴所在横截面的内孔圆度δB、δC、δD、δE以及内孔锥度δF；本专利技术利用气动喷嘴在气动量仪测量得到的数据是气动喷嘴所在处的直径数据。3)第一次合格性判断：采用以下公式找到所有测量数据中的最大值并将最大值与圆柱度公差要求Δ进行比较，若则认为不符合公差要求，工件内孔加工不合格；若则继续下一步骤；4)测量获得内孔四处横截面的平均直径，并通过四处横截面的平均直径获得内孔的孔形；5)采用主次区分方式进行自适应圆柱度计算，获得圆柱度误差值δ；6)第二次合格性判断：用圆柱度误差值δ和圆柱度公差要求Δ再次进行比较，当δ≤Δ时，则认为工件内孔加工合格；当δ>Δ时，则认为工件内孔加工不合格。所述步骤2)具体为：Ⅰ)直线度：气动测量头旋转一周过程中，实时记录直线度气动喷嘴所连接的气动量仪所采集到的直径数据，用采集到的最大值减最小值并取相减后差值的二分之一作为内孔轴线直线度δA；Ⅱ)圆度：气动测量头旋转一周过程中，分别记录四组锥度气动喷嘴所各自连接的气动量仪所采集到的直径数据，将同一个锥度气动喷嘴的直径数据中的最大值减去最小值的差值作为内孔圆度，由此分别得到四组锥度气动喷嘴所在横截面的内孔圆度δB、δC、δD、δE；Ⅲ)锥度：将气动测量头在固定旋转角度时四组锥度气动喷嘴的直径数据中的最大值减去最小值，并取二分之一获得差值，然后将气动测量头旋转一周过程进行测量，取所有旋转角度位置中的差值的最大值作为内孔锥度δF。所述步骤4)具体为：4.1)测量并计算内孔四处横截面的平均直径：针对气动测量头的四组锥度气动喷嘴，均用各自的气动量仪采集到在气动测量头旋转一周中的所有直径数据，取平均值作为该锥度气动喷嘴所在横截面的内孔平均直径，从而依次获得四处横截面的平均直径dP0、dP1、dP2和dP3，并计算出四处横截面平均直径的平均值dP＝(dP0+dP1+dP2+dP3)/4；4.2)基于孔径大小关系的孔形判断：Ⅰ)若|(dP0、dP1、dP2、dP3)-dP|≤ε(即四处横截面的平均直径与dP的偏差均不大于设定的阈值ε)，则为等径弯孔，否则做后续判断；Ⅱ)若满足dP0<(dP1、dP2)<dP3或者dP0>(dP1、dP2)>dP3，则内孔一端大，一端小，呈现锥形，为锥形孔；Ⅲ)若满足dP0<(dP1、dP2)且dP3<(dP1、dP2)或者满足dP0>(dP1、dP2)且dP3>(dP1、dP2)，则内孔中间大两边小呈现凸形，或者中间小两端大呈现凹形，为凹凸孔；Ⅳ)若均不符合上述Ⅰ、Ⅱ或者Ⅲ情形的，则为其他形孔。所述步骤5)具体为采用以下方式分别针对等径弯孔、锥形孔、凹凸孔和其他形孔计算获得圆柱度误差值：Ⅰ)等径弯孔采用以下公式计算获得圆柱度误差值δ，轴向截面内的轴线直线度误差是等径弯孔圆柱度误差的主要组成部分，横截面内的圆度误差为次要组成部分，圆柱度误差为轴线直线度误差与圆度误差的综合：Ⅱ)锥形孔采用以下公式计算获得圆柱度误差值δ，轴向截面内的锥度误差是锥形孔圆柱度误差的主要组成部分，横截面内的圆度误差为次要组成部分，圆柱度误差为锥度误差与圆度误差的综合：Ⅲ)凹凸孔采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，其特征在于：包括气动测量组件及其配套的校准规；气动测量组件包括气管保护套(1)、弹簧(2)、螺母(3)、手柄(4)、限位挡板(5)和气动测量头(6)；气动测量头(6)尾端经限位挡板(5)与手柄(4)头端连接，气管保护套(1)以及弹簧(2)通过螺母(3)固定连接在手柄(4)尾端，气动测量头(6)上开有八个锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴(64、65、66、67)，其中：八个锥度气动喷嘴以两个为一组形成四组锥度气动喷嘴(60、61、62、63)，每组的两个锥度气动喷嘴对称布置在气动测量头(6)同一横截面的两侧，不同组的锥度气动喷嘴布置在气动测量头(6)不同横截面上，所有锥度气动喷嘴均布置在气动测量头(6)同一轴向截面上，每组的锥度气动喷嘴经各自的气管后与各自的气动量仪连接，气管穿过手柄(4)和气管保护套(1)后连接气动量仪；四个直线度气动喷嘴(64、65、66、67)中，其中两个直线度气动喷嘴布置在气动测量头(6)中部的同一侧，另外两个直线度气动喷嘴分别布置在气动测量头(6)两端部的另一侧，四个直线度气动喷嘴均布置在气动测量头(6)同一轴向截面上，且直线度气动喷嘴所在的轴向截面与锥度气动喷嘴所在的轴向截面相垂直，所有直线度气动喷嘴通过同一根气管后与同一气动量仪连接，气管穿过手柄(4)和气管保护套(1)后连接气动量仪。...

【技术特征摘要】
1.一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，其特征在于：包括气动测量组件及其配套的校准规；气动测量组件包括气管保护套(1)、弹簧(2)、螺母(3)、手柄(4)、限位挡板(5)和气动测量头(6)；气动测量头(6)尾端经限位挡板(5)与手柄(4)头端连接，气管保护套(1)以及弹簧(2)通过螺母(3)固定连接在手柄(4)尾端，气动测量头(6)上开有八个锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴(64、65、66、67)，其中：八个锥度气动喷嘴以两个为一组形成四组锥度气动喷嘴(60、61、62、63)，每组的两个锥度气动喷嘴对称布置在气动测量头(6)同一横截面的两侧，不同组的锥度气动喷嘴布置在气动测量头(6)不同横截面上，所有锥度气动喷嘴均布置在气动测量头(6)同一轴向截面上，每组的锥度气动喷嘴经各自的气管后与各自的气动量仪连接，气管穿过手柄(4)和气管保护套(1)后连接气动量仪；四个直线度气动喷嘴(64、65、66、67)中，其中两个直线度气动喷嘴布置在气动测量头(6)中部的同一侧，另外两个直线度气动喷嘴分别布置在气动测量头(6)两端部的另一侧，四个直线度气动喷嘴均布置在气动测量头(6)同一轴向截面上，且直线度气动喷嘴所在的轴向截面与锥度气动喷嘴所在的轴向截面相垂直，所有直线度气动喷嘴通过同一根气管后与同一气动量仪连接，气管穿过手柄(4)和气管保护套(1)后连接气动量仪。2.根据权利要求1所述的一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，其特征在于：所述配套的校准规包括直线度上限校准规(8)、直线度下限校准规(9)、辅助校准规(10)、直径上限校准规(11)和直径下限校准规(12)，五个校准规均为套环结构。3.根据权利要求1所述的一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，其特征在于：所述的气动测量头(6)外侧壁设有多个沿轴向的导流槽(7)，导流槽(7)设置在沿轴向一排气动喷嘴旁边并与所述气动喷嘴环槽相通。4.根据权利要求1所述的一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，其特征在于：所述直线度气动喷嘴与所述锥度气动喷嘴同时设置于气动测量头(6)上，并同时测量出内孔各种形状误差用以获得圆柱度。5.一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合测量方法，其特征在于使用权利要求1-4任一所述复合测量装置，并采用以下步骤：1)气动喷嘴校准：分别校准气动测量头(6)上的直线度测量喷嘴和锥度测量喷嘴；2)同步测量直线度误差、圆度误差和锥度误差：将复合测量装置放入被测孔(13)中，限位挡板(5)与内孔(13)外端面接触，使得气动测量头(6)和被测孔(13)的轴向相重叠定位，然后旋转气动测量头(6)一周360度，通过气动量仪采用以下方式测量，记录获得直线度、圆度和锥度的测量数据，具体为内孔轴线直线度δA、四组锥度气动喷嘴所在横截面的内孔圆度δB、δC、δD、δE以及内孔锥度δF；3)第一次合格性判断：采用以下公式找到所有测量数据中的最大值并将最大值与圆柱度公差要求Δ进行比较，若则认为不符合公差要求，工件内孔加工不合格；若则继续下一步骤；4)测量获得内孔四处横截面的平均直径，并通过四处横截面的平均直径获得内孔的孔形；5)采用主次区分方式进行自适应圆柱度计算，获得圆柱度误差值δ；6)第二次合格性判断：用圆柱度误差值δ和圆柱度公差要求Δ再...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振宇，马腾，刘达新，王科，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33