一种单激光双PSD深孔直线度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术适用于深孔直线度检测技术领域，提供了一种单激光双PSD深孔直线度检测装置，本装置包括光斑位置与倾角测量模块、弹性自定心机构、进给机构、升降机构和数据处理模块，其中光斑位置与倾角测量模块由光纤激光器、正方体分光棱镜、第一二维PSD、凸透镜、第二二维PSD和铝合金外框架组成，实现了自定心机构在深孔内运动时激光器倾斜角度和光斑位置的测量，弹性自定心机构的分层设计，减小了激光器在深孔内运动时的旋转角度，本发明专利技术采用模块化的设计理念，通用性强，安装便利，解决了常规PSD直线度测量系统中PSD探头倾斜角度不能测量和易旋转的难题，减少了测量误差来源，提高了深孔直线度的检测精度。度的检测精度。度的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种单激光双PSD深孔直线度检测装置及方法


[0001]本专利技术属于深孔直线度检测
，尤其涉及一种单激光双PSD深孔直线度检测装置及方法。

技术介绍

[0002]深孔直线度的精确检测一直是深孔检测领域的难点。现有的深孔直线度检测装置大多以激光准直为原理，利用激光和位置敏感传感器(PSD)等位置探测器件组成直线度测量系统。该类检测系统常以激光器外置向深孔内部发射激光，PSD探头随自定心机构一起内置于深孔中，采用牵引方式或推动方式使PSD探头与自定心机构一起在深孔移动，通过数据采集系统实时采集PSD传感器所获得的光斑位置信息。该方法以深孔两端面的中心连线为理论轴线，将PSD探头在深孔运动过程中采集的数据拟合为一条空间曲线，将此曲线作为深孔零件的实际轴线，根据理论轴线与实际轴线的误差来评定深孔直线度。
[0003]上述方式存在以下问题：1、PSD探头随自定心机构一起在深孔中运动时，由于深孔内壁复杂摩檫力的影响，会使PSD测头在孔内会发生一定角度的倾斜，侧头的倾斜会改变PSD上光斑的坐标位置，从而影响了测量数据，造成深孔直线度测量的误差；2、PSD探头随自定心机构一起在深孔中运动时，自定心机构会受到深孔内表面复杂的摩擦力，导致自定心机构可能会绕深孔轴线产生一定角度的旋转，同时带动PSD探头发生旋转，PSD探头的旋转使光斑的位置坐标改变，产生错误位置数据，从而直接影响直线度的测量精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种单激光双PSD深孔直线度检测装置及方法，旨在解决现有装置直线度测量精度低的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种单激光双PSD深孔直线度检测装置，包括深孔零件和底板，还包括：
[0006]光斑位置与倾角测量模块、弹性自定心机构、进给机构、升降机构和数据处理模块；
[0007]所述弹性自定心机构安装在底板上，所述进给机构安装在底板上，所述升降机构与底板间隔设置，所述光斑位置与倾角测量模块包括光纤激光器、正方体分光棱镜、第一二维PSD、凸透镜、第二二维PSD和铝合金外框架，所述铝合金外框架安装在升降机构上，所述光纤激光器安装在弹性自定心机构中，所述光纤激光器用于发射激光，所述正方体分光棱镜、第一二维PSD、凸透镜和第二二维PSD均固定安装在铝合金外框架内，且所述第一二维PSD安装在正方体分光棱镜的正上方，所述凸透镜安装在正方体分光棱镜右端，且所述凸透镜与正方体分光棱镜之间的距离为凸透镜的一倍焦距，所述第二二维PSD安装在凸透镜的右端，所述第二二维PSD与凸透镜之间的距离同为凸透镜的一倍焦距，所述正方体分光棱镜的几何中心、凸透镜的光心与二维PSD的原点处于同一水平直线上，所述正方体分光棱镜的几何中心与二维PSD的原点处于同一竖直方向上，所述铝合金外框架靠近光纤激光器一侧
开有正方形通光孔，且所述正方形通光孔的面积大于第一二维PSD和第二二维PSD的感光面，所述数据处理模块分别与第一二维PSD和第二二维PSD连接；
[0008]所述弹性自定心机构用于固定光纤激光器，所述进给机构用于带动弹性自定心机构贯穿深孔零件，所述升降机构用于调节铝合金外框架的高度，所述数据处理模块用于对第一二维PSD和第二二维PSD的电信号进行处理。
[0009]进一步的技术方案，所述正方形通光孔上固定安装有高透光玻璃。
[0010]进一步的技术方案，所述弹性自定心机构包括定心机构外层、深沟球轴承、定心机构内层，所述定心机构外层的两端均设置有多个外凸式微力弹片，所述深沟球轴承套设在定心机构内层上，所述深沟球轴承外侧安装在定心机构外层内，所述光纤激光器安装在定心机构内层内。
[0011]进一步的技术方案，所述进给机构包括导轨、推杆固定座、推杆、滑块与V形块，所述推杆固定座固定安装在底板上，所述推杆固定安装在推杆固定座上，所述推杆的末端与定心机构内层固定连接，所述导轨固定安装在底板上，所述滑块滑动连接在导轨上，所述V形块固定安装在滑块上。
[0012]进一步的技术方案，所述滑块由伺服电机驱动。
[0013]进一步的技术方案，所述升降机构包括高度调节螺母、高度调节杆和磁性底座，所述高度调节杆的一端与铝合金外框架固定连接，所述高度调节杆的另一端与磁性底座固定连接。
[0014]进一步的技术方案，所述数据处理模块包括A/D转换卡和上位机，所述A/D转换卡分别与第一二维PSD和第二二维PSD连接，所述A/D转换卡用于将第一二维PSD和第二二维PSD转换为数字信号，所述上位机与A/D转换卡连接，所述上位机通过专用软件显示第一二维PSD和第二二维PSD感光面的二维位置坐标(X，Y)与激光本身的倾斜角度(θ
x
，θ
y
)。
[0015]进一步的技术方案，所述倾斜角度计算公式为：
[0016][0017]所述θ
x
为光纤激光器在深孔零件中相对于初始轴线在X方向上的偏转，θ
y
为光纤激光器在深孔零件中相对于初始轴线在Y方向上的偏转，f为所选凸透镜的焦距。
[0018]一种单激光双PSD深孔直线度检测装置的检测方法，步骤如下：
[0019]步骤一、弹性自定心机构带动光纤激光器从深孔零件左端面至右端面进行检测，然后从深孔零件右端面至左端面再一次进行检测后复位；
[0020]步骤二、将深孔零件转动90
°
后重复步骤一；
[0021]步骤三、再将深孔零件转动90
°
后重复步骤一；
[0022]步骤四、再将深孔零件转动90
°
后重复步骤一；
[0023]步骤五、最终深孔零件的直线度取四次测量的平均值。
[0024]本专利技术实施例提供的一种单激光双PSD深孔直线度检测装置及方法，通过在深孔零件内置光纤激光器，外置光斑位置与倾角测量模块的方法，直接测量了光纤激光器在深孔零件中的倾斜角度，克服了PSD深孔测量技术中常见的因不能检测探测器倾斜角度而引起的测量误差，使测量的数据更加准确，提高了深孔直线度测量的精度，设计了一种新型的
弹性自定心机构，弹性自定心机构分为内外两层，在深孔零件中运动时外圆管依靠特殊的微弹片通过弹力实现与深孔内表面的紧密接触与自动定心，两层圆管可独立旋转，该设计减小了激光器在深孔零件中的旋转角度，使测量的数据更加精确。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例提供的一种单激光双PSD深孔直线度检测装置的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例提供的光斑位置与倾角测量模块具体光路的传播示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例提供的弹性自动定心机构的结构示意图。
[0028]附图中：导轨1、推杆固定座2、推杆3、深孔零件4、光纤激光器5、定心机构外层6、深沟球轴承7、定心机构内层8、正方体分光棱镜9、第一二维PSD 10、凸透镜11、第二二维PSD 12、铝合金外框架13、数据处理模块14、高度调节杆15、磁性底座1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单激光双PSD深孔直线度检测装置，包括深孔零件和底板，其特征在于，还包括：光斑位置与倾角测量模块、弹性自定心机构、进给机构、升降机构和数据处理模块；所述弹性自定心机构安装在底板上，所述进给机构安装在底板上，所述升降机构与底板间隔设置，所述光斑位置与倾角测量模块包括光纤激光器、正方体分光棱镜、第一二维PSD、凸透镜、第二二维PSD和铝合金外框架，所述铝合金外框架安装在升降机构上，所述光纤激光器安装在弹性自定心机构中，所述光纤激光器用于发射激光，所述正方体分光棱镜、第一二维PSD、凸透镜和第二二维PSD均固定安装在铝合金外框架内，且所述第一二维PSD安装在正方体分光棱镜的正上方，所述凸透镜安装在正方体分光棱镜右端，且所述凸透镜与正方体分光棱镜之间的距离为凸透镜的一倍焦距，所述第二二维PSD安装在凸透镜的右端，所述第二二维PSD与凸透镜之间的距离同为凸透镜的一倍焦距，所述正方体分光棱镜的几何中心、凸透镜的光心与二维PSD的原点处于同一水平直线上，所述正方体分光棱镜的几何中心与二维PSD的原点处于同一竖直方向上，所述铝合金外框架靠近光纤激光器一侧开有正方形通光孔，且所述正方形通光孔的面积大于第一二维PSD和第二二维PSD的感光面，所述数据处理模块分别与第一二维PSD和第二二维PSD连接；所述弹性自定心机构用于固定光纤激光器，所述进给机构用于带动弹性自定心机构贯穿深孔零件，所述升降机构用于调节铝合金外框架的高度，所述数据处理模块用于对第一二维PSD和第二二维PSD的电信号进行处理。2.根据权利要求1所述的单激光双PSD深孔直线度检测装置，其特征在于，所述正方形通光孔上固定安装有高透光玻璃。3.根据权利要求1所述的单激光双PSD深孔直线度检测装置，其特征在于，所述弹性自定心机构包括定心机构外层、深沟球轴承、定心机构内层，所述定心机构外层的两端均设置有多个外凸式微力弹片，所述深沟球轴承套设在定心机构内层上，所述深沟球轴承外侧安装在定心机构外层内，所述光纤激光器安装在定心机构内层内。4.根据权利要求3所述的单激光双PSD深孔直线度检测装置，其特征在于，所述进给机构包括导轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝建军，杨治刚，陈明灯，刘子涛，李玉煌，梁建，叶志雄，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：