一种内孔检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及换向器加工检测领域，具体涉及一种检测换向器内孔的内孔检测装置及其检测方法。

背景技术：

换向器是电机中的重要部件，对换向器内孔的加工精度要求较高，特别是换向器内孔的圆度、换向器内孔与外圆的同柱度以及孔径的公差要求极为严格，否则将直接影响电机的工作效率和使用寿命。传统的换向器内孔检测一般采用人工用千分尺进行检测，受人为因素的影响，易造成工作效率低、检测数据不准确、测量项目不齐全等影响。

对此，中国专利文献CN203744964U公开了一种内孔检测头，其设有筒状的壳体1′，顶杆2′经支座安装在壳体1′的下端部内，顶杆2′的下端设有与顶杆2′锥度配合的测爪3′，顶杆2′上端套有平衡弹簧4′，顶杆2′上端与顶出气缸5′的伸缩臂51′相连接，顶杆2′下端部设有检测横杆6′，顶杆2′一侧壳体1′内设有检测杆7′，检测杆7′下端设有接触式数字位移传感器8′，接触式数字位移传感器8′与检测横杆6′相抵触。该内孔检测头工作时，顶出气缸5′向下顶出顶杆2′，测爪3′径向向外张开以对换向器内孔进行检测；检测结束后顶出气缸5′回缩，测爪3′在复位弹簧4′的作用下返回到初始位置。在此过程中，接触式数字位移传感器8′得出位移数据，并经过相应的计算得出内孔的直径；再通过将测得的内孔直径数据与标准环规为基准的数据进行比较，判断是否在设定的容差范围内，从而判断检测的换向器是否为合格品。

但是，上述内孔检测头因采用顶出气缸5′作动，顶出气缸5′对测爪3′的推力为冲击推力，同时顶出气缸5′的推力大小无法精准的控制，所以测爪3′施加在被检测换向器上的载荷为冲击载荷，此外，该检测方式对工件放置面和检测头加载方向之间的垂直度和位置度要求很高，如果检测头和被检测换向器未及时导正，则易造成检测横杆6′传递给接触式数字位移传感器8′的载荷过大，进而发生过载而停止工作，甚至会对被检测换向器造成不可恢复的破坏，从而影响了该内孔检测头工作的稳定性以及测量精度。因此如何保证内孔检测头工作的稳定性，以提高测量精度成为了现如今亟待解决的问题。

技术实现要素：

为此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的内孔检测头因测爪与被检测换向器之间为冲击载荷，进而易造成接触式数字位移传感器过载而影响工作稳定性的技术缺陷。

为此，根据第一方面，本发明提供一种内孔检测装置，用于检测换向器的内孔，包括：检测轴，换向器活动套设在检测轴上，并且检测轴的轴径沿进给方向逐渐增大；传感器，用于测量换向器的位移信号；弹性加载装置，用于推动换向器在检测轴上沿进给方向移动；处理器，与传感器和弹性加载装置电性连接，处理器根据位移信号运算得到换向器受到的作用力，以实时控制弹性加载装置。

作为优选，弹性加载装置包括弹性组件、压头和驱动装置，其中，压头安装在弹性组件上正对于检测轴的一端，压头与弹性组件之间可以发生弹性压缩；驱动装置与弹性组件连接，并驱动弹性组件沿进给方向移动。

作为优选，弹性组件为弹簧测力计，弹簧测力计的伸缩杆的一端固定安装有压头，伸缩杆的另一端固定连接有一安装杆，安装杆的末端设置有感应片；传感器为感测感应片的位置并发送信号给处理器的激光传感器，传感器与弹簧测力计的壳体相对固定设置。

作为优选，弹性加载装置还包括基座，基座上设置有一安装台，弹性组件通过至少一安装座固定安装在安装台上；传感器固定安装在安装台上，并与弹性组件平行间隔设置。

作为优选，驱动装置为伺服电机，基座上设置有滑块以及安装在滑块上的滚珠丝杠，滚珠丝杠的一端与伺服电机的输出轴连接，滚珠丝杠的另一端螺纹连接在滑块上。

作为优选，驱动装置为伺服电机，伺服电机的输出轴末端固定有一齿轮；基座上沿压头的进给方向设置有一齿条，齿轮与齿条啮合传动。

作为优选，检测轴位于压头套设的一端设置有供换向器插入的倒角，倒角位置的最大直径大于换向器的最大容差直径。

根据第二方面，本发明还提供一种内孔检测方法，包括如下步骤：弹性加载，控制弹性加载装置由初始位置沿进给方向移动，并推动换向器在检测轴上沿进给方向移动，其中检测轴的轴径沿进给方向逐渐增大；数据检测，检测换向器在检测轴上移动的位移量；数据处理，根据位移量分析得到换向器受到的压力；结果判断，判断当换向器移动到预设位置时，压力是否在压力标准容差范围内；和/或判断当压力达到预设值时，换向器的位移量是否在位移标准容差范围内。

作为优选，在弹性加载的步骤中，弹性加载装置包括弹性组件、压头和驱动装置，其中，压头安装在弹性组件上正对于检测轴的一端，压头与弹性组件之间可以发生弹性压缩；驱动装置与弹性组件连接，并驱动弹性组件沿进给方向移动。

作为优选，数据检测的步骤包括：记录压头刚接触到换向器时弹性组件的初始位移量；检测换向器在移动过程中压头的收缩量以及弹性组件的工作位移量。

本发明提供的内孔检测装置及其检测方法具有如下优点：

1.内孔检测装置，由于换向器活动套设在检测轴上，并且检测轴的轴径沿进给方向逐渐增大，进而当换向器沿检测轴移动时，换向器的通孔受到检测轴的作用力逐渐增大，进而弹性加载装置推动换向器沿进给方向移动的推力也逐渐增大；同时，由于处理器可以根据传感器测得的位移信号运算得到换向器受到的作用力，以实时控制弹性加载装置的加载情况，进而使得弹性加载装置在加载过程中载荷呈线性平稳的增加，从而提高了内孔检测装置工作的稳定性以及测量精度。

2.内孔检测装置，由于压头安装在弹性组件上正对于检测轴的一端，驱动装置驱动弹性组件沿进给方向移动，进而带动压头沿进给方向移动以对换向器的端面施加压力，使得换向器在检测轴上沿进给方向移动；同时，又由于压头与弹性组件之间可以发生弹性压缩，进而在压头对换向器施加压力的过程中，压头受到换向器的反作用力而与弹性组件之间弹性压缩，进而实现了对换向器的弹性加载，保证了检测过程的稳定性。

3.内孔检测装置，由于弹性组件为弹簧测力计，弹簧测力计的伸缩杆的一端固定安装有压头，另一端固定连接有一安装杆，安装杆的末端设置有感应片，进而当安装在伸缩杆一端的压头受到换向器的反作用力时，压头沿进给的反方向相对弹簧测力计的壳体发生移动，固定连接在伸缩杆另一端的安装杆同样沿进给的反方向移动，以带动感应片发生相对移动，从而传感器通过感测感应片的位置并发送信号给处理器，来测得压头的压缩量，并最终结合弹性组件的位移量来得到换向器在检测轴上移动的位移量；同时采用弹簧测力计的方式，压头的压缩量与压头受到的反作用力成正比，进而可以通过预设相应的计算公式来得到压头受到的反作用力，即得到了压头对换向器施加的作用力。

4.内孔检测装置，通过将弹性组件固定安装在安装台上，传感器固定安装在安装台上，并与弹簧测力计平行间隔设置，进而实现了传感器与弹簧测力计壳体之间的相对位置固定，以有效的测量出压头相对弹簧测力计的压缩量。

5.内孔检测装置，由于驱动装置为伺服电机；基座上设置有滑块以及安装在滑块上的滚珠丝杠，滚珠丝杠的一端与伺服电机的输出轴连接，滚珠丝杠的另一端螺纹连接在滑块上，进而可以通过控制伺服电机的转速来控制滑块在滚珠丝杠上移动的速度和位移，从而精准的控制安装在基座上的弹性组件沿进给方向移动的速度和位移。

6.内孔检测装置，由于检测轴位于压头套设的一端设置有供换向器插入的倒角，使得当换向器在检测轴上移动时，换向器的通孔受到检测轴的作用力逐渐增大；同时，由于倒角位置的最大直径大于换向器的最大容差直径，进而使得检测轴的倒角部分即为换向器在测量过程中可以在检测轴上移动的位置，当换向器初始安装位置超过倒角部分时，不用测量即可判定换向器为不合格品。

7.内孔检测方法，通过数据检测得到检测换向器在检测轴上移动的位移量，以及数据处理得到换向器受到的压力，进而在测量的过程中能够实时侦测得到换向器在不同位置时受到的压力，从而使处理器能够实时的做出响应来控制弹性加载装置的加载情况，以保证在测量的过程中在加载过程中载荷呈线性平稳的增加，提高了检测的稳定性以及测量的精度，最后再通过对结果判断来得到检测的结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对发明作进一步详细说明。

图1为现有技术内孔检测头的示意图；

图2为本发明实施例1中内孔检测装置的示意图；

图3为本发明实施例2中内孔检测方法的流程图。

图中各附图标记说明如下：

1′-壳体；2′-顶杆；3′-测爪；4′-平衡弹簧；

5′-顶出气缸；51′-伸缩臂；6′-检测横杆；

7′-检测杆；8′-接触式数字位移传感器；1-检测轴；

2-传感器；3-弹性加载装置；31-弹性组件；311-伸缩杆；

312-安装杆；313-感应片；32-压头；33-驱动装置；

34-基座；341-安装台；342-安装座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图2所示的内孔检测装置的一种具体实施方式，该内孔检测装置用于检测换向器(图未示)的内孔，包括检测轴1、传感器2、弹性加载装置3以及处理器(图未示)，其中，换向器活动套设在检测轴1上，并且检测轴1的轴径沿进给方向逐渐增大；传感器2用于测量换向器的位移信号；弹性加载装置3用于推动换向器在检测轴1上沿进给方向移动；处理器与传感器2和弹性加载装置3电性连接，处理器根据位移信号运算得到换向器受到的作用力，以实时控制弹性加载装置3。

上述内孔检测装置，由于换向器活动套设在检测轴1上，并且检测轴1的轴径沿进给方向逐渐增大，进而当换向器沿检测轴1移动时，换向器的通孔受到检测轴1的作用力逐渐增大，进而弹性加载装置3推动换向器沿进给方向移动的推力也逐渐增大；同时，由于处理器可以根据传感器2测得的位移信号运算得到换向器受到的作用力，以实时控制弹性加载装置3的加载情况，进而使得弹性加载装置3在加载过程中载荷呈线性平稳的增加，从而提高了内孔检测装置工作的稳定性以及测量精度。

具体的，检测轴1位于压头套设的一端设置有供换向器插入的倒角，使得当换向器在检测轴1上移动时，换向器的通孔受到检测轴1的作用力逐渐增大；同时，倒角位置的最大直径大于换向器的最大容差直径，进而使得检测轴1的倒角部分即为换向器在测量过程中可以在检测轴1上移动的位置，当换向器初始安装位置超过倒角部分时，不用测量即可判定换向器为不合格品。

除此之外，弹性加载装置3包括弹性组件31、压头32、驱动装置33和基座34，其中，压头32安装在弹性组件31上正对于检测轴1的一端，压头32与弹性组件31之间可以发生弹性压缩；驱动装置33与弹性组件31连接，并驱动弹性组件31沿进给方向移动；基座34上设置有一安装台341，弹性组件31通过至少一安装座342固定安装在安装台341上；传感器2固定安装在安装台341上，并与弹性组件31平行间隔设置。

将平行间隔设置的弹性组件31和传感器2固定安装在安装台341上后，传感器2与弹簧测力计壳体之间的相对位置固定，可以有效精准的测量出压头32相对弹簧测力计的压缩量；当驱动装置33驱动弹性组件31沿进给方向移动时，安装在弹性组件31上的压头32沿进给方向移动，并最终与换向器端面接触以对换向器的端面施加压力，使得换向器在检测轴1上沿进给方向移动；同时，又由于压头32与弹性组件31之间可以发生弹性压缩，进而在压头32对换向器施加压力的过程中，压头32受到换向器的反作用力而与弹性组件31之间弹性压缩，进而实现了对换向器的弹性加载，保证了检测过程的稳定性。

作为可选的实施方式，弹性组件31为弹簧测力计，进而可以将检测过程中换向器受到的作用力可视化而直接读出，弹簧测力计的伸缩杆311的一端固定安装有压头32，伸缩杆311的另一端固定连接有一安装杆312，安装杆312的末端设置有感应片313，即压头32与感应片313为刚性连接，进而当安装在伸缩杆311一端的压头32受到换向器的反作用力时，压头32沿进给的反方向相对弹簧测力计的壳体发生移动，固定连接在伸缩杆311另一端的安装杆312同样沿进给的反方向移动，以带动感应片313发生相对移动。

同时，传感器2为感测感应片313的位置并发送信号给处理器的激光传感器，传感器2与弹簧测力计的壳体相对固定设置，从而传感器2感测感应片313的位置并发送信号给处理器，通过感测感应片313的位移量来得到压头32的压缩量，并最终结合弹性组件31的位移量来得到换向器在检测轴1上移动的位移量，即换向器的位移量为弹性组件31的位移量和压头32的收缩量之差；同时采用弹簧测力计的方式，压头32的压缩量与压头32受到的反作用力成正比，进而可以通过预设相应的计算公式来得到压头32受到的反作用力，即得到了压头32对换向器施加的作用力。

作为可选的实施方式，驱动装置33为伺服电机，基座34上设置有滑块(图未示)以及安装在滑块上的滚珠丝杠(图未示)，滚珠丝杠的一端与伺服电机的输出轴连接，滚珠丝杠的另一端螺纹连接在滑块上，进而可以通过控制伺服电机的转速来控制滑块在滚珠丝杠上移动的速度和位移，从而精准的控制安装在基座34上的弹性组件31沿进给方向移动的速度和位移。为了加强滚珠丝杠在安装使用过程的稳定性，往往滚珠丝杠还需要通过一与伺服电机相对固定的轴承座安装在该内孔检测装置中，进而采用伺服电机、滑块、轴承座三处支撑的方式，提高了其安装的稳定性。

作为变形的实施方式，驱动装置33为伺服电机，伺服电机的输出轴末端固定有一齿轮(图未示)；基座34上沿压头32的进给方向设置有一齿条(图未示)，齿轮与齿条啮合传动，进而通过齿轮齿条的啮合传动，来控制安装在基座34上的弹性组件31沿进给方向移动。

实施例2

如图2和图3所示，为内孔检测方法的一种实施方式，包括如下步骤：

弹性加载，控制弹性加载装置3由初始位置沿进给方向移动，并推动换向器在检测轴1上沿进给方向移动，其中检测轴1的轴径沿进给方向逐渐增大；

数据检测，检测换向器在检测轴1上移动的位移量；

数据处理，根据位移量分析得到换向器受到的压力；

结果判断，判断当换向器移动到预设位置时，压力是否在压力标准容差范围内；和/或判断当压力达到预设值时，换向器的位移量是否在位移标准容差范围内。

上述内孔检测方法，通过数据检测得到检测换向器在检测轴1上移动的位移量，以及数据处理得到换向器受到的压力，进而在测量的过程中能够实时侦测得到换向器在不同位置时受到的压力，从而使处理器能够实时的做出响应来控制弹性加载装置3的加载情况，以保证在测量的过程中在加载过程中载荷呈线性平稳的增加，提高了检测的稳定性以及测量的精度，并最后再通过判断压力是否在压力标准容差范围内，和/或换向器的位移量是否在位移标准容差范围内，来判断换向器是否为合格品。

具体的，在弹性加载的步骤中，弹性加载装置3包括弹性组件31、压头32和驱动装置33，其中，压头32安装在弹性组件31上正对于检测轴1的一端，压头32与弹性组件31之间可以发生弹性压缩；驱动装置33与弹性组件31连接，并驱动弹性组件31沿进给方向移动，进而当弹性组件31沿进给方向移动时，安装在弹性组件31上的压头32沿进给方向移动，并最终与换向器端面接触以对换向器的端面施加压力，使得换向器在检测轴1上沿进给方向移动；同时，又由于压头32与弹性组件31之间可以发生弹性压缩，进而在压头32对换向器施加压力的过程中，压头32受到换向器的反作用力而与弹性组件31之间弹性压缩，进而实现了对换向器的弹性加载，保证了检测过程的稳定性。

同时，数据检测的步骤包括：

记录压头32刚接触到换向器时弹性组件31的初始位移量，即得到压头32的初始位置；

检测换向器在移动过程中压头32的收缩量和弹性组件31的工作位移量。

在换向器移动的过程中，弹性组件31的移动距离即为工作位移量和初始位移量之差，由于压头32与弹性组件31之间可以发生弹性压缩，压头32受到换向器的反向作用力后，会相对弹性组件31发生反向压缩，进而换向器在检测轴1上的实际移动距离即为弹性组件31的移动距离与压头32的收缩量之差，从而处理器可以根据初始位移量、收缩量和工作位移量的数据处理得到换向器在检测轴1上移动的位移量。同时，由于压头32为弹性压缩，进而压头32的收缩量与换向器受到的压力成正比，从而可以通过设置相应的计算公式来处理得到换向器受到的压力。

作为变形的实施方式，数据检测的步骤包括：

检测压头32刚接触到换向器时弹性组件31的初始位移量；

检测换向器在移动过程中弹性组件31的工作位移量以及换向器的位移量。

通过检测弹性组件31的初始位移量以及工作位移量，即可得到弹性组件31在压头32抵顶换向器时弹性组件31的移动位移，同时结合换向器的位移量，即可得到压头32的收缩量，由于压头32为弹性压缩，进而压头32的收缩量与换向器受到的压力成正比，从而可以通过设置相应的计算公式来处理得到换向器受到的压力。

除此之外，弹性组件31的位置检测中，还可以通过设定的弹性组件31的原始位置，以及换向器在移动过程中弹性组件31的工作位移量，来得到弹性组件31的实际位置；然后结合压头32的收缩量来得到换向器在移动过程中的实际位置，进而可以实时有效的侦测每一时刻的换向器的位置，从而控制换向器移动到预设位置，以判断该预设位置时，压力是否在压力标准容差范围内。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。