【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量，具体地说，涉及一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置及测量方法。
技术介绍
1、飞机结构装配中，孔垂直度直接影响紧固件连接强度，是影响装配质量的重要因素。现阶段，飞机结构装配过程中的制孔作业仍然以手工为主，不可避免会出现制孔垂直度超差现象，因此在此过程中，需对所加工的孔进行垂直度测量，以评估制孔质量并及时修正，防止故障孔进入下一装配环节导致排故成本增加。
2、现有的孔垂直度测量装置测量精度低、体积较大，无法真正适用于飞机结构装配生产作业现场。如：专利公开号为cn113483613a的中国专利技术专利，公开了一种手持式的孔法矢精度检测装置及方法，包括：数显角度尺、控制显示模块以及依次设置的横向转动机构、轴承芯轴、球面转动机构、弹性定位机构。该专利技术创新地将孔法矢偏差转化为数显角度尺的转角，其测量结果更加稳定可靠。但该装置测量过程中需要绕着孔轴线旋转半圈以上，测量过程繁琐，且结构不紧凑，不便于人工操作。又如：专利公开号为cn114659485a的中国专利技术专利，公开了一种紧凑型高精度孔垂直度测量装置，包括位移计、球面轴承、触脚、连接轴、止动销、锥形弹簧套、锥形芯轴等结构。该专利技术将孔法矢偏差转化为三个位移计在三个点的位移，从而计算出孔垂直度，装置结构紧凑、体积较小、测量精度高。但该装置传感器数量多、结构复杂、装配要求高，且数据处理过程复杂，信号处理模块难以集成到装置本体上，便携性较低，难以适用于飞机结构装配现场。与此同时，锥形弹簧套与锥形芯轴的孔轴定位结构虽然能够实现待测孔轴线的精确定位，但由
技术实现思路
1、本专利技术在现有技术的基础上，为了解决传感器多导致的结构复杂问题和锥形芯轴难退孔的问题，提出了一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置及测量方法。所述测量装置设置有配合使用的点光源、二维位置传感器，仅采用一个传感器就能实现待测孔垂直度的测量，极大地简化了装置结构；而且，将单层的锥形弹簧套替换为双层弹簧套组件，利用两层弹簧套能够相互运动的特性，使得定位孔轴时插孔退孔操作更顺滑。
2、首先，本专利技术提供了一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，包括外壳和用于反馈待测孔垂直度的孔垂直度测量模块、用于定位待测孔所在平面法向的平面法向定位模块、用于定位待测孔中心线的孔轴定位模块，所述平面法向定位模块安装在外壳上，所述孔垂直度测量模块包括安装在外壳内腔的二维位置传感器；所述孔轴定位模块包括双层弹簧套组件、锥形芯轴、光源夹持器、点光源；所述光源夹持器的尾端与所述锥形芯轴的尾端连接成一体，并安装在所述平面法向定位模块中；所述双层弹簧套组件包括间隙配合的外层弹簧套、内层弹簧套，内层弹簧套可拆卸安装在锥形芯轴的锥形测量头上，外层弹簧套安装在内层弹簧套的外部且轴向限位；所述点光源安装在光源夹持器的工作端，射出的线状光束朝向所述二维位置传感器的信号接收面；所述双层弹簧套组件的中心线、锥形芯轴的中心线、点光源发射的线状光束的方向平行，用于通过线状光束表征待测孔中心线并通过二维位置传感器采集的信号反馈待测孔垂直度。
3、本专利技术所述的测量装置利用一个二维位置传感器、一个点光源配合其他结构件就实现了孔垂直度测量功能。其中，所述二维位置传感器为psd位置敏感探测器（positionsensitive detectors，psd）或ccd电荷耦合器件（charge coupled device，ccd）；所述点光源为激光光源，或其他方向性较好的普通光源。
4、进一步地，所述外层弹簧套、所述内层弹簧套采用弹性胀套或弹性筒夹，或其他弹性零件，满足开口端自然状态下张开、受径向作用力时能够向内收拢、作用力撤除时能够恢复原状即可。
5、进一步地，所述双层弹簧套组件的中心线、锥形芯轴的中心线、点光源发射的线状光束的方向共线。“共线”是位于空间中同一条直线的简称。
6、进一步地，所述内层弹簧套的一端通过止动销锁定安装在锥形芯轴的锥形测量头上，内层弹簧套的另一端设置有凸台；所述外层弹簧套套接在所述内层弹簧套上，且轴向移动受到止动销和凸台的限位。
7、进一步地，所述平面法向定位模块包括球面轴承、轴承安装座、轴承挡圈和三个触脚；所述球面轴承通过所述轴承挡圈限位安装在所述轴承安装座内，并通过轴承安装座间接安装在所述外壳上；所述球面轴承固定安装在所述光源夹持器的尾端或所述锥形芯轴的尾端；三个所述触脚安装在所述轴承挡圈朝向锥形芯轴锥形测量头的一侧，且沿所述锥形芯轴的周向均匀分布。
8、进一步地，所述孔垂直度测量模块还包括设置有通信接口、电源模块、通讯模块、微处理模块的pcb板和用于控制孔垂直度测量模块工作状态的开关；所述二维位置传感器嵌入式设置在pcb板上并接入板内电路，所述微处理模块分别与二维位置传感器、通信接口、电源模块、通讯模块、开关连接；所述电源模块外接或内置蓄电池，分别与微处理模块、二维位置传感器、点光源连接进行供电；所述外壳的内腔设置有用于安装所述pcb板的台阶。
9、进一步地，所述孔垂直度测量模块还包括安装在所述外壳上的显示器；所述显示器通过通信接口与微处理模块通信，用于直观显示待测孔垂直度的测量数据。
10、其次，本专利技术提供了一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量方法，采用上述的测量装置测量孔垂直度。
11、所述测量方法具体包括以下步骤：
12、步骤1、利用标准孔对所述测量装置进行标定；
13、具体是指，将孔轴定位模块的双层弹簧套组件插入标准孔，并使平面法向定位模块与标准孔所在平面的壁板接触，然后打开点光源，使得点光源发射的线状光束在二维位置传感器上形成光斑，设置此时光斑所在位置为零点；
14、步骤2、测量待测孔的孔垂直度；
15、具体是指，将孔轴定位模块的双层弹簧套组件插入待测孔中，待测量装置稳定后，获取孔垂直度测量模块输出的测量结果；
16、步骤3、根据设定的阈值和步骤2实际获得的测量结果，判断孔垂直度是否合格。
17、进一步地，用于标定的标准孔与待测孔的加工要求相同，测量时根据待测孔的孔径选择满足以下条件的双层弹簧套组件：自然状态下，所述外层弹簧套、内层弹簧套间隙配合，且所述外层弹簧套的外径与待测量孔的内径的关系满足过盈配合；双层弹簧套组件伸入待测孔内时，外层弹簧套、内层弹簧套先后向锥形芯轴的锥形测量头收拢并能够依次紧密贴合。
18、本专利技术具有以下有益效果。
19、（1）本专利技术提供的测量装置，利用球面轴承和配合设置的点光源、二维位置传感器，将孔垂直度偏差转化为二维位置传感器的平面位移，相对于采用多个位移计的测量装置，显著降低了测量装置的成本与体积，真正实现孔垂直度的便携式测量。
20、（2）本专利技术提供的测量装置，通过在锥形芯轴的锥形测量头设置双层弹簧套组件进行待测孔中心轴的定位，解决了单层弹簧套结构伸入孔中容易自锁的问题，既有利于将锥形测量头插入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，包括外壳（1）和用于反馈待测孔（D）垂直度的孔垂直度测量模块（2）、用于定位待测孔（D）所在平面法向的平面法向定位模块（3）、用于定位待测孔（D）中心线的孔轴定位模块（4），所述平面法向定位模块（3）安装在外壳（1）上，其特征在于，所述孔垂直度测量模块（2）包括安装在外壳（1）内腔的二维位置传感器（201）；所述孔轴定位模块（4）包括双层弹簧套组件（401）、锥形芯轴（402）、光源夹持器（404）、点光源（405）；所述光源夹持器（404）的尾端与所述锥形芯轴（402）的尾端连接成一体，并安装在所述平面法向定位模块（3）中；所述双层弹簧套组件（401）包括间隙配合的外层弹簧套（401a）、内层弹簧套（401b），内层弹簧套（401b）可拆卸安装在锥形芯轴（402）的锥形测量头（402a）上，外层弹簧套（401a）安装在内层弹簧套（401b）的外部且轴向限位；所述点光源（405）安装在光源夹持器（404）的工作端，射出的线状光束（406）朝向所述二维位置传感器（201）的信号接收面；
2.根据权利要求1所述的一种基于二维位
3.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述点光源（405）为激光光源。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述内层弹簧套（401b）的一端通过止动销（403）锁定安装在锥形芯轴（402）的锥形测量头（402a）上，内层弹簧套（401b）的另一端设置有凸台；所述外层弹簧套（401a）套接在所述内层弹簧套（401b）上，且轴向移动受到止动销（403）和凸台的限位。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述外层弹簧套（401a）靠近止动销（403）的一端设置有凸沿。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述平面法向定位模块（3）包括球面轴承（301）、轴承安装座（302）、轴承挡圈（303）和三个触脚（304）；所述球面轴承（301）通过所述轴承挡圈（303）限位安装在所述轴承安装座（302）内，并通过轴承安装座（302）间接安装在所述外壳（1）上；所述球面轴承（301）固定安装在所述光源夹持器（404）的尾端或所述锥形芯轴（402）的尾端；三个所述触脚（304）安装在所述轴承挡圈（303）朝向锥形芯轴（402）锥形测量头（402a）的一侧，且沿所述锥形芯轴（402）的周向均匀分布。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述孔垂直度测量模块（2）还包括设置有通信接口、电源模块、通讯模块、微处理模块的PCB板（202）和用于控制孔垂直度测量模块（2）工作状态的开关；所述二维位置传感器（201）嵌入式设置在PCB板（202）上并接入板内电路，所述微处理模块分别与二维位置传感器（201）、通信接口、电源模块、通讯模块、开关连接；所述电源模块外接或内置蓄电池，分别与微处理模块、二维位置传感器（201）、点光源（405）连接进行供电；所述外壳（1）的内腔设置有用于安装所述PCB板（202）的台阶。
8.根据权利要求7所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述孔垂直度测量模块（2）还包括安装在所述外壳（1）上的显示器（203）；所述显示器（203）通过通信接口与微处理模块通信，用于直观显示待测孔（D）垂直度的测量数据。
9.一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量方法，采用如权利要求1-8任一项所述的测量装置测量孔垂直度，其特征在于，所述测量方法具体包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量方法，其特征在于，用于标定的标准孔与待测孔（D）的加工要求相同，测量时根据待测孔（D）的孔径选择满足以下条件的双层弹簧套组件（401）：自然状态下，所述外层弹簧套（401a）、内层弹簧套（401b）间隙配合，且所述外层弹簧套（401a）的外径与待测量孔的内径的关系满足过盈配合；双层弹簧套组件（401）伸入待测孔（D）内时，外层弹簧套（401a）、内层弹簧套（401b）先后向锥形芯轴（402）的锥形测量头（402a）收拢并能够依次紧密贴合。
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，包括外壳（1）和用于反馈待测孔（d）垂直度的孔垂直度测量模块（2）、用于定位待测孔（d）所在平面法向的平面法向定位模块（3）、用于定位待测孔（d）中心线的孔轴定位模块（4），所述平面法向定位模块（3）安装在外壳（1）上，其特征在于，所述孔垂直度测量模块（2）包括安装在外壳（1）内腔的二维位置传感器（201）；所述孔轴定位模块（4）包括双层弹簧套组件（401）、锥形芯轴（402）、光源夹持器（404）、点光源（405）；所述光源夹持器（404）的尾端与所述锥形芯轴（402）的尾端连接成一体，并安装在所述平面法向定位模块（3）中；所述双层弹簧套组件（401）包括间隙配合的外层弹簧套（401a）、内层弹簧套（401b），内层弹簧套（401b）可拆卸安装在锥形芯轴（402）的锥形测量头（402a）上，外层弹簧套（401a）安装在内层弹簧套（401b）的外部且轴向限位；所述点光源（405）安装在光源夹持器（404）的工作端，射出的线状光束（406）朝向所述二维位置传感器（201）的信号接收面；
2.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述二维位置传感器（201）为psd位置敏感探测器或ccd电荷耦合器件。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述点光源（405）为激光光源。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述内层弹簧套（401b）的一端通过止动销（403）锁定安装在锥形芯轴（402）的锥形测量头（402a）上，内层弹簧套（401b）的另一端设置有凸台；所述外层弹簧套（401a）套接在所述内层弹簧套（401b）上，且轴向移动受到止动销（403）和凸台的限位。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述外层弹簧套（401a）靠近止动销（403）的一端设置有凸沿。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维位置传感器的孔垂直度测量装置，其特征在于，所述平面法向定位模块（3）包括球面轴承（301）、轴承安装座（302）、轴承挡圈（303...
【专利技术属性】
技术研发人员：喻龙，韩利亚，李杰，谢颖，刘春，宋金辉，薛广库，田长乐，郝龙，陈学振，杨冬，张云，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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