孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置及测量方法与流程

技术特征：

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δ_A、四组锥度气动喷嘴所在横截面的内孔圆度δ_B、δ_C、δ_D、δ_E以及内孔锥度δ_F；

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。

6.根据权利要求5所述的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：所述步骤2)具体为：

Ⅰ)直线度

气动测量头(6)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δ_A；

Ⅱ)圆度

气动测量头(6)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δ_B、δ_C、δ_D、δ_E；

Ⅲ)锥度

将气动测量头(6)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(6)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δ_F。

7.根据权利要求5所述的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：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(6)的四组锥度气动喷嘴(60、61、62、63)，均用各自的气动量仪采集到在气动测量头(6)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，从而获得四处横截面的平均直径d_P0、d_P1、d_P2和d_P3，并计算出四处横截面平均直径的平均值d_P＝(d_P0+d_P1+d_P2+d_P3)/4；

4.2)基于孔径大小关系的孔形判断：

Ⅰ)若|(d_P0、d_P1、d_P2、d_P3)-d_P|≤ε(即四处横截面的平均直径与d_P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d_P0<(d_P1、d_P2)<d_P3或者d_P0>(d_P1、d_P2)>d_P3，则为锥形孔；

Ⅲ)若满足d_P0<(d_P1、d_P2)且d_P3<(d_P1、d_P2)或者满足d_P0>(d_P1、d_P2)且d_P3>(d_P1、d_P2)，则为凹凸孔；

Ⅳ)若均不符合上述Ⅰ、Ⅱ或者Ⅲ情形的，则为其他形孔。

8.根据权利要求5所述的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：

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：

$\mathrm{\&delta;}={\mathrm{\&delta;}}_A+\frac{1}{2}Max\{{\mathrm{\&delta;}}_B,{\mathrm{\&delta;}}_C,{\mathrm{\&delta;}}_D,{\mathrm{\&delta;}}_E\}$

Ⅱ)锥形孔采用以下公式计算获得圆柱度误差值δ：

$\mathrm{\&delta;}={\mathrm{\&delta;}}_F+\frac{1}{2}Max\{{\mathrm{\&delta;}}_B,{\mathrm{\&delta;}}_C,{\mathrm{\&delta;}}_D,{\mathrm{\&delta;}}_E\}$

Ⅲ)凹凸孔采用以下公式计算获得圆柱度误差值δ：

$\mathrm{\&delta;}={\mathrm{\&delta;}}_F+\frac{1}{2}Max\{{\mathrm{\&delta;}}_B,{\mathrm{\&delta;}}_C,{\mathrm{\&delta;}}_D,{\mathrm{\&delta;}}_E\}$

Ⅳ)其他形孔采用以下公式计算获得圆柱度误差值δ；

圆度误差值为最大时：

圆度误差值不为最大时：

其中，δ_A表示内孔轴线直线度，δ_B、δ_C、δ_D、δ_E分别四组锥度气动喷嘴所在横截面的内孔圆度，δ_F表示内孔锥度。