专利名称：一种非接触内孔直线度测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及深长孔内径测量技术领域，特别是涉及一种非接触内孔直线度测量装置和方法。
背景技术：
随着现代工业的发展，对圆柱体内孔的直线度提出越来越高的要求，内孔直线度直接影响工件的加工精度和装配精度。现有的内孔直线度测量方法:(I)直线度综合量规先利用一个长度较短的限塞规测量合格后，再用直线度综合塞规测量，由塞规通过与否判断孔轴线直线度合格与否。其特点是:测量效率高，只能判断合格与否，不能得出数据大小。缺点是 同一尺寸有时需要几个综合塞规，以满足一个公差段内几组尺寸的要求且不适用于大尺寸孔的测量。(2)三点法测量根据过不在一条直线的三点可确定一个圆及该圆心坐标的原理，将三个位移传感器安装在测量杆的同一截面上，当测量杆沿孔轴向移动时，每个截面通过三个测量点测得其相应坐标值，由这三个坐标值，可确定该截面的圆心坐标。通过计算圆心坐标的变化，可以近似计算其直线度的变化。该方法的缺点三个方向传感器误差会产生误差累积，从而影响测试准确性。(3)双频激光干涉法利用双频激光干涉仪，以激光束为基准直线，采用干涉原理进行读数。其特点是:分辨率和测量精度高；测量原理和光学系统不受激光束漂移的影响；各采样点误差值之间彼此不相关，测量误差不累加；但其操作复杂，适用范围受环境限制，且不适用与深长内孔。已申请国家专利的内孔直线度测量系统包括:(I)获中华人民共和国国家发明专利的内孔直线度检具(申请日:2010.11.23，公开(公告)日:2011.6.1)，其技术方案的特点是:包括底座，底座上一端固定连接有支撑架，另一端设有支撑块，移动滑块位于支撑架和支撑块之间且通过丝杠与支撑架连接，移动滑块上设有表架，表架上设有千分表。虽然操作简单，陈本较低，但其误差较大，精度不高。(2)获中华人民共和国国家发明专利的内孔直线度检验规(申请日:2004.6.30，公开(公告)日:2005.6.15)，其技术方案的特点是:包括壳体、测量环、长堵头、挂钩和短堵头，所述壳体上安设测量环，两端分别依次安设长堵头、短堵头和挂钩。其检验规重量轻，易加工，使用操作方便，但同样，其精度不高，人为的误差大，无法满足高精度的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触内孔直线度测量装置和方法，能够提高测量精度，满足高精度的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种非接触内孔直线度测量装置，包括光源、光电传感器和气浮运动平台，其特征在于，所述光源发出的光线照射在所述光电传感器的光敏面上；所述光电传感器安装在所述气浮运动平台的中心；所述气浮运动平台通过中心支架安装在被测件的内孔中，并能在被测件的内孔中移动。所述气浮运动平台包括中心支架和气浮垫，所述气浮垫通过螺栓支撑在中心支架上，所述中心支架的前端固定有所述光电传感器；所述气浮垫由电动机通过滚轴丝杆驱动。所述气浮垫共有3个,均勻分布在所述中心支架的外圆周。所述中心支架一端安装有配重，使中心支架的一端保持在竖直方向。所述气浮垫包括气管接头、气浮块和内部球头，所述气浮块的侧面设有所述气管接头；所述气浮块的中央设有内部球头，所述内部球头与用于与中心支架连接的螺栓相连。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:还提供一种非接触内孔直线度测量方法，使用上述的深长孔内径直线度高精度测量装置，包括以下步骤:(I)将被测工件套在所述气浮运动平台外；(2)所述光源发出光线照射在光电传感器的光敏面中心上，作为内孔直线度误差测量的基准；(3)所述气浮运动平台沿被测工件的轴向移动；(4)当光电传感器的光敏面中心位置与光束之间就会产生相对移动时，传感器就将位移量转变为电流信号，该电流信号经过数据采集处理电路转换成电压信号，最后经过计算机进行处理运算得到被测工件的内孔直线度的误差。
所述步骤(I)中还包括将被测工件的中轴线与所述气浮运动平台的中心支架的中轴线调整到相互重合的步骤。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本发明基于光学传感器技术和气浮运动对深长孔进行测量，利用光电元件PSD高灵敏性的特点设计了传感器系统；利用气浮运动的精密性和稳定性等特点设计了气浮结构运动系统。最后用计算机软件设计了计算机数据处理系统，用最小包容区域法最终得出测量结果，本发明具有操作简单，自动化程度高，灵敏度高，稳定性强的优点，测量结果有很高的精度，精度能达到微米级。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的气浮垫结构示意图；图3是测量时的剖面图；图4是测量过程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明的第一实施方式涉及一种深长孔内径直线度高精度测量系统，如图1和图2所示，包括光源1，光线2，被测零件3，滚轴丝杆5，电动机6，中心支架，7，配重8，光电传感器9，3个气浮垫10。所述的气浮垫10包括螺钉11，气管接头12，气浮块13和内部球头14。所述的光源I产生光线，经过处理的光线2照射在所述的光电传感器9上。所述的光电传感器9安装在所述的3个气浮垫10的几何中心。所述的气浮垫10通过所述的中心支架7均匀的安装在被测工件3内孔，气浮垫10工作时能在被测工件3内部移动。所述的配重8安装所述的中心支架7 —端，使其一端保持在竖直方向。在所述的螺钉11用来连接所述气浮块13和所述中心支架7，也用来微调所述气浮块13的位置，使3个气浮垫10的几何中心和所述的工件3的几何中心重合。所述的螺钉11通过内部球头14和所述气浮块13连接。压缩空气经过所述的气管接头12进入所述的气浮块13。所述的气浮垫10由电动机6通过滚轴丝杆5驱动。本装置操作简单，具有精度高，稳定性强，数据可靠的特点，特别适用于对超长油缸、气缸的内孔质量检测。
具体实施方式
如下:开启气阀，压缩空气通过气管接头12进入气浮垫10，气浮垫10与工件3内壁产生气膜，此时，气浮垫10进入正常工作状态。调整气浮垫的螺钉11，使中心支架7的几何中心和被测工件3的几何中心一致。打开光电传感器9和光源I的电源，调整光线2位置，使入射点在光电传感器9的中心。启动电动机6，电动机6通过滚轴丝杆5带动气浮垫10向被测工 件3被测方向缓慢移动。与此同时计算机收集光电传感器9产生的数据信号，并保存。待气浮垫10运动到一定位置，关闭所有电源，测量结束。最后由计算机15对所得的数据信号进行直线度误差评定。本发明还涉及一种非接触内孔直线度测量方法，如图3所示，使用上述的深长孔内径直线度高精度测量装置，包括以下步骤:(I)将被测工件3套在所述气浮运动平台外，其中，还需要将被测工件3的中轴线与所述气浮运动平台的中心支架7的中轴线调整到相互重合；(2)所述光源I发出光线照射在光电传感器9的光敏面中心上，作为内孔直线度误差测量的基准；(3)所述气浮运动平台沿被测工件3的轴向移动；(4)当光电传感器9的光敏面中心位置与光束之间就会产生相对移动时，传感器9就将位移量转变为电流信号，该电流信号经过数据采集处理电路转换成电压信号，最后经过计算机15进行处理运算得到被测工件的内孔直线度的误差。图4所示的是测量过程示意图。不难发现，本发明基于光学传感器技术和气浮运动对深长孔进行测量，利用光电元件PSD高灵敏性的特点设计了传感器系统；利用气浮运动的精密性和稳定性等特点设计了气浮结构运动系统。最后用计算机软件设计了计算机数据处理系统，用最小包容区域法最终得出测量结果，本发明具有操作简单，自动化程度高，灵敏度高，稳定性强的优点，测量结果有很高的精度，精度能达到微米级。
权利要求
1.一种非接触内孔直线度测量装置，包括光源(I)、光电传感器(9)和气浮运动平台，其特征在于，所述光源(I)发出的光线照射在所述光电传感器(9 )的光敏面上；所述光电传感器(9)安装在所述气浮运动平台的中心；所述气浮运动平台通过中心支架(7)安装在被测件(3)的内孔中，并能在被测件(3)的内孔中移动。
2.根据权利要求1所述的非接触内孔直线度测量装置，其特征在于，所述气浮运动平台包括中心支架(7)和气浮垫(10)，所述气浮垫(10)通过螺栓支撑在中心支架(7)上，所述中心支架(7)的前端固定有所述光电传感器(9);所述气浮垫(10)由电动机(6)通过滚轴丝杆(5)驱动。
3.根据权利要求2所述的非接触内孔直线度测量装置，其特征在于，所述气浮垫(10)共有3个，均匀分布在所述中心支架(7)的外圆周。
4.根据权利要求2所述的非接触内孔直线度测量装置，其特征在于，所述中心支架(7)一端安装有配重(8 )，使中 心支架(7 )的一端保持在竖直方向。
5.根据权利要求2所述的非接触内孔直线度测量装置，其特征在于，所述气浮垫(10)包括气管接头(12)、气浮块(13)和内部球头(14)，所述气浮块(13)的侧面设有所述气管接头(12);所述气浮块(13)的中央设有内部球头(14)，所述内部球头(14)与用于与中心支架(7)连接的螺栓相连。
6.一种非接触内孔直线度测量方法，其特征在于，使用如权利要求1-5中任一权利要求所述的深长孔内径直线度高精度测量装置，包括以下步骤: (1)将被测工件套在所述气浮运动平台外； (2)所述光源发出光线照射在光电传感器的光敏面中心上，作为内孔直线度误差测量的基准； (3)所述气浮运动平台沿被测工件的轴向移动； (4)当光电传感器的光敏面中心位置与光束之间就会产生相对移动时，传感器就将位移量转变为电流信号，该电流信号经过数据采集处理电路转换成电压信号，最后经过计算机进行处理运算得到被测工件的内孔直线度的误差。
7.根据权利要求6所述的非接触内孔直线度测量方法，其特征在于，所述步骤(I)中还包括将被测工件的中轴线与所述气浮运动平台的中心支架的中轴线调整到相互重合的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种非接触内孔直线度测量装置，包括光源、光电传感器和气浮运动平台，所述光源发出的光线照射在所述光电传感器的光敏面上；所述光电传感器安装在所述气浮运动平台的中心；所述气浮运动平台通过中心支架安装在被测件的内孔中，并能在被测件的内孔中移动，所测的结果由计算机进行直线度误差评定。方法是利用光电传感器高灵敏性的特点和气浮运动的精密性和稳定性特点对被测工件进行测量，使测量结果有很高的精度。
文档编号G01B11/27GK103234486SQ20131010670
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者杨延竹, 丁彩红, 邹鲲, 戴惠良, 周其洪, 陈能洁, 刘卫亮, 杨学智 申请人:东华大学