一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置的制作方法

本实用新型涉及了一种内孔精密检测装置，特别是针对精密配合内孔的现场检测的一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置。

背景技术：

精密配合内孔的加工精度是决定某些零部件性能的关键因素。内孔圆柱度误差是保证配合精度的重要性能指标。设计人员对精密配合孔的圆柱度误差要求往往只有几微米，而内孔又多为细长形，因此内孔圆柱度检测变得愈加困难。

目前，市场上对产品内孔圆柱度的检测主要有传统气动量仪检测法、圆度仪法、三坐标测量机法。传统的气动检测通过检测内孔的某个单一形状误差，例如直线度或者锥度用来替代圆柱度，显然这种测量方法难以适应不同孔形，其评价结果和真实圆柱度误差很大，难以满足测量要求。此外，这种方法通过单一形状误差代替圆柱度，包含内孔信息少，代表性差。

刘慧建等在专利“一种转向机齿条精度值的综合检测装置及测试方法(201610025563.5)”中，运用所测细长杆件的直径极差、跳动极差及直线度数值计算圆柱度。该装置中利用导轨测量直线度，会引入很大误差，当精度达到微米级时，难以准确测量。此外，文中并没有详细的圆柱度计算公式。

圆度仪法、三坐标测量机法检测内孔圆柱度最为准确，但需在专门的计量室中检测，检测步骤复杂、周期长、成本高，不适应大批量产品的检测，也无法在生产现场检测。尤其是检测需反复修正的内孔时，检测周期长导致生产效率很低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种孔形自适应的内孔圆柱度气动复合检测装置，具有孔形自适应特性，能高精度检测细长内孔圆柱度误差，并实现生产现场检测，提高生产效率。

本实用新型所采用的技术方案是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、弹簧、螺母、手柄、限位挡板和气动测量头；气动测量头尾端经限位挡板与手柄头端连接，限位挡板用于连接到孔端面进行定位，手柄为中空结构，气管保护套以及弹簧通过螺母固定连接在手柄尾端螺母。

气动测量头上开有四组锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴，其中：四组锥度气动喷嘴以两个为一组，每组的两个锥度气动喷嘴对称布置在气动测量头同一横截面的两侧，不同组的锥度气动喷嘴布置在气动测量头不同横截面上，所有锥度气动喷嘴均布置在气动测量头同一轴向截面上，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，气管穿过手柄和气管保护套后连接气动量仪，从而四组锥度气动喷嘴形成沿轴向间隔布置的四路锥度气动检测；四个直线度气动喷嘴中，其中两个直线度气动喷嘴布置在气动测量头中部的同一侧，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，气管穿过手柄和气管保护套后连接气动量仪，从而四个直线度气动喷嘴形成一路锥度气动检测。

所述配套的校准规包括直线度上限校准规、直线度下限校准规、辅助校准规、直径上限校准规和直径下限校准规，五个校准规均为套环结构。

所述的气动测量头外侧壁设有多个沿轴向的导流槽，导流槽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。

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上，并同时测量出内孔各种形状误差用以获得圆柱度。

本实用新型所涉及的截面包括平行于轴向的轴向截面和垂直于轴向的横截面。

本实用新型具有以下优点：

1)装置为具有孔形自适应特性的高精度、复合式细长内孔圆柱度气动检测装置。能用于同时测得直线度误差值、圆度误差值、锥度误差值来辅助获得圆柱度误差，提高测量准确性。

2)本实用新型公开的复合式测头，能够同时测出直线度误差，圆度误差、锥度误差，使得本实用新型对孔形具有自适应特性，很好的解决了一种测头只能测出部分特殊孔的问题。

3)本实用新型为一体式测量头，能够同时测得四个截面直径值，因各个测量特征同时在一个基准上测得，测量结果可靠，该气动测量头做成细长形，能够高精度的测量细长内孔。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型装置直线度喷嘴校准示意图；

图3为本实用新型装置锥度喷嘴上限环规校准示意图；

图4为本实用新型装置锥度喷嘴下限环规校准示意图；

图5为本实用新型装置检测实例示意图；

图6为本实用新型装置测量等径弯孔示意图；

图7为本实用新型装置测量锥形孔示意图；

图8为本实用新型装置测量凹形孔示意图。

图中，气管保护套1、弹簧2、螺母3、手柄4、限位挡板5、气动测量头6、锥度气动喷嘴60、61、62、63，直线度气动喷嘴64、65、66、67，导流槽7、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、直径下限校准规12、被测孔13。

具体实施方式

以下是实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

本实用新型装置包括气动测量组件及其配套的校准规。

如图1所示，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，手柄4为中空结构，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。

如图1所示，气动测量头6上开有四组锥度气动喷嘴和四个直线度气动喷嘴64、65、66、67，四组锥度气动喷嘴以两个为一组，从头端到尾端的四组锥度气动喷嘴依次为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，从而四组锥度气动喷嘴形成沿轴向间隔布置的四路锥度气动检测。

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64、65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66、67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，从而四个直线度气动喷嘴形成一路锥度气动检测。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气动喷嘴环槽相通。

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，如图2～图4所示。

本实用新型使用过程如下：

以负载敏感多路阀工作联阀体的阀芯孔圆柱度为检测对象，圆柱度公差要求为。在完成加工的一批阀体中选取三块阀体a、b、c，然后：

1)先进行气动喷嘴校准：将气动测量组件与气动量仪连接，调节气动量仪的倍率和零点。

如图2所示，进行校准直线度测量喷嘴：将测量头6固定，将上限校准规8、下限校准规9和辅助校准规10套在测头上，此时上限校准规8盖住气动喷嘴67，辅助校准规10盖住气动喷嘴66，下限校准规9同时盖住气动喷嘴64、65，将气动量仪浮标调到刻度尺的下限位置；然后将上、下限校准规对换套在测头上，此时上限校准规8同时盖住气动喷嘴64、65，将气动量仪浮标调到刻度尺的上限位置。

如图3、图4所示，进行校准锥度测量喷嘴：将测量头6固定，将上限校准规11套在测头上，盖住气动喷嘴63，将气动量仪浮标调到刻度尺的上限位置；取下上限校准规11，将下限校准规12套在测量头6上，将气动量仪浮标调到刻度尺的下限位置；按照上述相同方法校准气动喷嘴60、61、62。

2)复合式测量头同步测量直线度误差、圆度误差和锥度误差：

如图5所示将复合测量装置缓缓放入被测孔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，通过五个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。

Ⅰ)记录直线度气动喷嘴64、65、66、67所连接的气动量仪在气动测量头6旋转一周中的直径数据，最大值减最小值，取其二分之一得到内孔轴线直线度δ_A。

Ⅱ)分别记录四个锥度气动喷嘴60、61、62、63所各自连接的气动量仪在旋转一周中的直径数据，将同一个锥度气动喷嘴所有直径数据中的最大值减去最小值，分别得到四个喷嘴所在横截面的内孔圆度δ_B、δ_C、δ_D、δ_E。

按照图6～图8所示的测量方式，分别测量阀体a、b、c阀芯孔中的四个截面1-1、2-2、3-3、4-4的圆度δ_B、δ_C、δ_D、δ_E。

Ⅲ)将四个锥度气动喷嘴60、61、62、63在同一旋转角度时所记录测量数据的最大值减去最小值，并取二分之一获得差值，依次取不同旋转角度下的测量数据做相同差值，旋转一周后取差值的最大值，得到内孔锥度δ_F。按此测量方式，分别对阀体a、b、c阀芯孔的锥度进行测量，获取0-180°、45-225°、90-270°、135-315°四组直径测量数据(成对的两个角度为对称布置的两个锥度气动喷嘴分别所在的旋转角度)，通过计算得到阀芯孔的锥度。

3)基于单项最大误差的第一次合格性判断：圆柱度误差可以由被测圆柱面横截面和轴向截面内的形状误差的综合来替代，前者用圆度误差表示，后者用轴线直线度或素线锥度表示；

首先找到所有测量值中的最大值

设计人员规定的圆柱度公差要求为Δ，若认为不符合公差要求，判定工件加工不合格；若则作进一步判断。

4)内孔四处横截面的平均直径计算：

记录测量杆最近端锥度气动喷嘴60所连接的气动量仪在旋转一周中的数据，得到n个直径值d_P0-1，d_P0-2，，，d_P0-n(n表示旋转一周中测量次数)，进而计算出喷嘴所在横截面的内孔平均直径d_P0；类似得，依次记录其余三组锥度气动喷嘴61、62和63所连接的气动量仪在旋转一周中的数据，并得到平均直径d_P1、d_P2、d_P3。按此测量方式，分别测量阀体a、b、c阀芯孔中的四个截面1-1、2-2、3-3、4-4(如图6～图8所示)的平均直径d_P0、d_P1、d_P2、d_P3，并计算得到四处横截面平均直径的平均值d_P。

5)基于孔径大小关系的孔形自动判别：

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的偏差均不大于设定的阈值ε)，内孔为等径弯孔(见图6)，否则做后续判断；

Ⅱ)当d_P0<(d_P1、d_P2)<d_P3或者d_P0>(d_P1、d_P2)>d_P3时，内孔一端大，一端小，呈现锥形(见图7)，则为锥形孔；

Ⅲ)当d_P0<(d_P1、d_P2)且d_P3<(d_P1、d_P2)或者d_P0>(d_P1、d_P2)且d_P3>(d_P1、d_P2)时，内孔中间大两边小，呈现凸形，或者中间小两端大，呈现凹形(见图8)，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。

阀体a的阀芯孔截面平均直径结果均不符合上述Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ情形，属于情形Ⅳ，判定为其他形孔；阀体b的阀芯孔截面平均直径结果满足d_P0>(d_P1、d_P2)且d_P3>(d_P1、d_P2)，属于情形Ⅲ，判定为凹形孔；阀体c的阀芯孔截面平均直径结果满足d_P0>(d_P1、d_P2)>d_P3，属于情形Ⅱ，判定为锥形孔。

6)基于主、次区分方式的自适应圆柱度误差值计算：

Ⅰ)针对图6的等径弯孔：

Ⅱ)针对图7的锥形孔：

Ⅲ)针对图8的凹凸孔：

Ⅳ)其他形孔：

圆度误差值为最大时：

圆度误差值不为最大时：

而非圆度误差，因此阀体a的阀芯孔圆柱度误差为：

阀体b的阀芯孔属于情形Ⅲ的凹形孔，其圆柱度误差为：

阀体c的阀芯孔属于情形Ⅱ的锥形孔，其圆柱度误差为：

7)基于测得圆柱度误差的第二次合格性判断：用得到的圆柱度误差值δ和圆柱度公差要求Δ比较：当δ≤Δ时，判定工件加工合格；当δ>Δ时，判定工件加工不合格。实施例中，阀体a、b、c阀芯孔的圆柱度误差均小于圆柱度公差要求，因此选取的三块阀体a、b、c的阀芯孔均判定为圆柱度合格。

上述实施例不应视为对本实用新型的限制，但任何基于本实用新型的精神所做的改进，都应在本实用新型的保护范围之内。