激光制导深孔钻削在线检测与纠偏系统技术方案

本发明专利技术属于内排屑深孔加工的技术领域，特别是一种激光制导深孔钻削在线检测与纠偏系统，解决现有深孔加工过程中难以观察加工部位和刀具状况的问题。其包括检测部分以及纠偏部分，检测部分包括光源，钻杆上开设的过光孔、光束接收区，光源发出的两束入射光束形成两路返回光束到达钻头位置传感器和钻头姿态传感器；纠偏部分包括加力机构、钻杆上开设的若干加力孔，加力机构穿过加力孔，与钻头背面连接。本发明专利技术的有益效果：能及时掌握工件旋转、钻头进给深孔加工的工作状态，能及时纠正钻头姿态偏差，促进了深孔加工纠偏难题的解决，将提高深孔直线度及深孔相对于设计基准的平行度、垂直度、同轴度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内排屑深孔加工的
，特别涉及一种激光制导深孔钻削在线检测与纠偏系统。
技术介绍
深孔加工主要包括钻孔和镗孔，镗孔使原有的底孔扩大，钻孔通常指在实体上加工孔，钻前，没有底孔。深孔钻头，按排屑方式分主要为内排屑深孔钻和外排屑深孔钻。深孔加工主要方式有第一，刀具旋转，工件进给；第二，工件旋转，刀具进给。深孔加工是机械加工的难点，加工过程中难以观察加工部位和刀具状况，因此，实 时检测深孔和刀具误差，发现偏斜，及时纠正，是需要解决的重大课题，也是远未得到解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的为了解决现有深孔加工过程中难以观察加工部位和刀具状况的问题，为工件旋转、钻头进给、内排屑深孔钻削加工过程，提供一种利用激光实时检测内排屑深孔钻头位置和姿态(即角度)，并根据需要自动调整钻头姿态，使其恢复到初始值的检测和纠偏系统。本专利技术采用如下的技术方案实现 激光制导深孔钻削在线检测与纠偏系统，其特征在于包括检测部分以及纠偏部分，所述的检测部分包括一号光源、二号光源，钻杆上平行于钻杆轴线开设的过光孔以及钻头背部上设置的与钻头固定连接的光束接收区，所述的一号光源、二号光源设置于钻杆的后方对应过光孔的位置，一号光源、二号光源发出的一号入射光束、二号入射光束平行于钻杆初始轴线，一号入射光束、二号入射光束穿过过光孔进入光束接收区经过光束接收区处理形成一号返回光束、二号返回光束，两路返回光束穿过过光孔返回，一号返回光束到达钻头位置传感器，二号返回光束到达钻头姿态传感器； 所述的纠偏部分包括加力机构以及钻杆上平行于钻杆轴线开设的若干加力孔，加力孔的孔数大于等于三，加力机构穿过加力孔，与钻头背面连接。所述的一号光源和二号光源为激光源或者强光源，光束接收区包括立方体角锥棱镜以及反射镜，一号光源和钻头位置传感器的位置对应于立方体角锥棱镜的高度范围内，二号光源的前方设置相对于返回光束倾斜的钻头姿态传感器，钻头姿态传感器上对应二号光源的位置开设微孔，钻头姿态传感器的位置对应于反射镜的高度范围内。所述的一号光源、二号光源、钻头位置传感器、钻头姿态传感器都固定安装于外架上，所述的反射镜镜、立方体角锥棱镜都固定安装于内架，内架安装于钻头背部上。所述的钻头包括钻头体、小直径段、挡环、以及与钻杆连接的螺纹段，小直径段的直径小于钻头体、钻杆的直径，也小于挡环的直径，挡环的后侧面紧靠在钻杆的前端面，光束接收区设置于小直径段外围的空间内。所述的钻头背部和钻杆的前端面上分别开有相互对应的环槽，两个环槽上安装有挡油环套，挡油环套配套有Y形密封圈，光束接收区和加力机构的前端设置于挡油环套和小直径段之间的空间内。所述的加力机构可以为拉杆结构，其包括电动机，电动机通过齿轮传动副连接拉杆，拉杆穿过加力孔，拉杆头部伸入钻头背部开设的连接孔内，拉杆头部作用于球面垫圈，球面垫圈作用于盖，盖固定 于钻头背部。拉杆上安装有力传感器。所述的加力机构也可以为拉绳结构，其包括拉绳，拉绳一端与钻头背部连接，拉绳的另一端绕经定滑轮后与螺套连接，与螺套形成螺纹配合的螺杆与电动机的输出轴固连。拉绳上安装有力传感器。所述的加力机构也可以为其他满足要求的形式。所述的钻头位置传感器和钻头姿态传感器通常与计算机、运算控制器相连，计算机、运算控制器又与加力机构的驱动连接。本专利技术充分利用激光或强光及反射镜、棱镜等光学镜的特殊属性工作，在线检测钻头在加工过程中的位置和姿态(即角度)，分别用坐标值和欧拉角表示，由计算机实时显示。另外从内排屑深孔钻头背面的几个加力孔加力，调整钻头姿态，在不停机的情况下，纠偏。所加的力通过力传感器，由计算机实时显示、监控。本专利技术相关主要零部件有内排屑深孔钻头(简称钻头)、钻杆、光源、反射镜、立方体角锥棱镜、拉杆或拉绳、纠正钻头用的电动机、运算控制器、计算机。钻头固定于钻杆，钻杆固定于进给箱上，只作进给运动。输油器为深孔加工提供高压油，油从输油器孔流入，经过钻杆与工件的间隙和钻头相邻刀片间的间隙，从钻杆内孔将铁屑冲出。钻杆内孔与外圆之间钻有一个通孔，用于通过发射光束和返回光束，简称过光孔。钻头包括刀片、钻头体、钻头背部、小直径段、挡环、螺纹段几部分。螺纹段固连于钻杆，靠近螺纹段设置了挡环，螺纹拧紧后，挡环的后侧面紧靠在钻杆的端面，实现钻头在钻杆上的轴向定位。小直径段直径较小，小于挡环的直径，所对应的空间较大，固定于钻头背部的内架，位于该空间，内架内设置光束接收区。钻头有小直径段是本专利技术的特点，小直径段不仅提供了安装光学镜的空间，更重要的是，小直径段的存在，使得调整钻头姿态(即角度)变成可能。光源固定于外架中，外架固定于机床上，固定不动。外架设有观察孔，便于操作者观察其内部元件和光束情况。本专利技术采用两个激光源或两个普通强光源，发出两束光。一束用于检测钻头位置的变化，它平行于钻头初始轴线，射向相对于钻头固定的立方体角锥棱镜，由于该棱镜的特点，光束通过立方体角锥棱镜后，以平行于入射前的方向返回到钻头位置传感器，用于检测钻头位置的变化，亦即钻头在其轴线法面内的位置变化。另一束用于检测钻头姿态的变化，它平行于钻头初始轴线，穿过倾斜设置的钻头姿态传感器上开设的微孔，射向反射镜，由反射镜返回到钻头姿态传感器。在加工工程中，当钻头不在原来正确的位置，钻头位置传感器和姿态传感器上的光斑将发生变化。采用现有技术能够检测光斑变化，比如，位置传感器工作表面按一定规律分布着很多微小的光敏电阻，光束照射到的光敏电阻阻值将变小，由此不难求出光斑的变化。立方体角锥棱镜不同于一般的光学棱镜，通过它能够反映钻头在垂直于光源线平面内的二维位置变化。不难理解，通过光斑的变化，也能够反求出钻头姿态的变化，并可将其变化反映在计算机上。所测得的钻头位置、姿态数值，间接反映了孔的精度，实现了对孔的间接的在线检测。一旦发现钻头不在正确位置，通过与钻头背部相连的拉杆或拉绳，连续向钻头施加力，使得钻头姿态恢复到初始的姿态。加工直径大的深孔，可选用拉杆，加工直径小的深孔，可选用拉绳。工作原理如下 在钻杆内孔与外圆之间加工有几个孔——加力孔，用于向钻头施加力的拉杆或拉绳穿过加力孔中。拉杆或拉绳在钻头背部几个点处与钻头相连，便于施加力。这些点大于三，不共线，所形成的三角形或多边形应该包容钻杆内孔，以便于适应钻头不同方位调整需要。在钻杆内孔与外圆之间加工的几个孔，它们与钻头背部的连接孔分别正对。拉杆或拉绳施加力的动力来源为电动机，也可以是人力。由力传感器测量拉力的大小，显示在计算机上。以便进一步监控。在充分考虑钻头强度、刚度、扭转刚度的前提下，本专利技术中钻头过渡段(也即小直径段)直径较小，使得调整钻头姿态容易实现。包括拉杆或拉绳、电动机在内的加力机构与进给箱固连，随钻头、钻杆移动。拉杆式加力机构，拉杆头位于钻头背部的连接孔内，拉杆头作用于球面垫圈，球面垫圈作用于盖，盖固定于钻头背部的螺纹孔内。电动机通过联轴器驱动输出轴，带动两只齿轮(或带轮)转动，安装于拉杆上的齿轮(或带轮)的轴向运动被固定于进给箱体的零件所限制，齿轮(或带轮)内孔有螺纹，与拉杆后端的螺纹相配合，可驱动拉杆。拉绳式加力机构，绳的一段与钻头背部相连，另一端通过滑轮后与螺套相连。电动机旋转，使与之固连的螺杆旋转，从而驱动螺套作直线移动。决定加力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈兴全，于大国，庞俊忠，黄晓斌，李艳兰，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：