一种测量阶梯孔直线度的机器人的制作方法

本实用新型涉及一种孔直线度的测量工装，具体为一种测量阶梯孔直线度的机器人。

背景技术：

车、飞机、轮船、石油设备和大型医疗器械中都存在着直径不一的阶梯孔。这些孔类零件的加工、检测技术直接影响着零件深孔参数精度。而直线度测量是孔径几何计量中的基本项目，是孔径圆度、同轴度测量的基础，在生产中受到高度重视。

深孔直线度误差是指孔径实际轴线对理想轴线的偏离量。目前，传统的孔径直线度测量方法主要有直线度塞规、卡规，臂杆法，感应式应变片等方法，这类量方法属于接触式测量，其操作不便，精度难以保证，人为影响因素很大。而且，对于孔深与直径比大于5的阶梯孔零件，测试更加不便。而基于光电原理的扫描式测量法、利用超声波的反转测量法、基于电容原理的小孔测试法都属于现代的非接触式测量法，能够自动控制，但无法测量深孔、盲孔尤其是阶梯孔的直线度参数。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，针对背景技术中提及的现有技术中非接触式测量法无法测量阶梯孔的直线度参数的技术问题。

本实用新型所采取的技术方案是：一种测量阶梯孔直线度的机器人，包括置于孔内的可收缩深孔自定心机构、驱动可收缩深孔自定心机构在阶梯孔内行走的多个行进机构、激光测量头、用于采集激光测量头激光信号的光电处理系统和用于调节光电处理系统受光位置的PSD位置调节机构；

多个行进机构均设置在可收缩深孔自定心机构上，激光测量头设置在可收缩深孔自定心机构上，光电处理系统置于PSD位置调节机构上，PSD位置调节机构置于阶梯孔管道外部；

可收缩深孔自定心机构包括一端开口一端有底的套筒、端盖、定心轴、定心轴驱动电机、第一锥形圆台、第二锥形圆台、左旋螺母、压簧和六个活动测头单元，端盖设置在套筒开口端，套筒水平放置，定义端盖所在端为右端，套筒筒底所在端为左端；定心轴水平置于套筒内且两端分别转动支撑在套筒筒底和端盖上，定心轴两端均伸出一段位于套筒外部的延伸轴；在定心轴上设置一段左旋螺纹和一段右旋螺纹，一段左旋螺纹位于定心轴的左端，一段右旋螺纹位于一段左旋螺纹的右侧；定心轴驱动电机固定在端盖外侧，定心轴驱动电机的电机轴通过联轴器连接定心轴右端的延伸轴；第一锥形圆台的轴线上设置右旋螺纹孔，第一锥形圆台通过右旋螺纹孔与定心轴上的一段右旋螺纹相配合安装，第一锥形圆台的小端指向端盖；第二锥形圆台的轴线上设置中心通孔，第二锥形圆台通过在中心通孔内设置轴承转动设置在定心轴上，左旋螺母与定心轴上的一段左旋螺纹相配合安装，第二锥形圆台位于左旋螺母的左侧，第二锥形圆台的小端指向套筒筒底；压簧套在定心轴并置于第二锥形圆台与左旋螺母之间，压簧一端抵在第二锥形圆台大端端面上，压簧另一端抵在左旋螺母的端面上；六个活动测头单元分别对应第一锥形圆台和第二锥形圆台分为两组，每组为三个活动测头单元，对应第一锥形圆台的三个活动测头单元均布设置在第一锥形圆台的外圆锥面上，对应第二锥形圆台的三个活动测头单元均布设置在第二锥形圆台的外圆锥面上；六个活动测头单元均包括滑轨、滑块、固定测杆和活动侧头，滑轨固定在锥形圆台的外圆锥面上且沿锥形圆台的母线设置，滑块滑动置于滑轨上，固定测杆竖直设置且固定测杆的一端通过三角支撑块连接滑块，活动侧头竖直设置且从套筒筒壁上开设的过孔穿出，活动侧头一端连接固定测杆另一端，活动侧头的另一端为悬空支撑端；在套筒筒壁上的过孔周围外凸设置支撑筒，支撑筒位于套筒筒壁的外侧；

激光测量头设置在定心轴左端的延伸轴上；

多个行进机构分别对应第一锥形圆台和第二锥形圆台平均分为两组，每组内的行进机构至少为两个，行进机构分别设置在支撑筒上；

行进机构包括行走轮固定架、行走轮步进电机、行走轮和行走轮电机驱动模块，行走轮固定架呈“L”型，行走轮固定架的一条边固定在支撑筒上，行走轮步进电机设置在行走轮固定架的另一条边上，行走轮设置在行走轮步进电机的电机轴上，行走轮和行走轮步进电机位于行走轮固定架另一条边的两侧，行走轮电机驱动模块设置在行走轮固定架的另一条边上且与行走轮步进电机位于行走轮固定架另一条边的相同侧，行走轮电机驱动模块和行走轮步进电机之间通过电机控制线连接；

光电处理系统包括四象限光电探测器、用于接收四象限光电探测器信号的数据采集器和接收数据采集器信号的计算机；四象限光电探测器电连接数据采集器，数据采集器电连接计算机，计算机电连接行走轮电机驱动模块；

PSD位置调节机构包括底板、平移板、L形板和背板，平移板滑动置于底板上，平移板和底板之间设置X向位置调节组件；L形板的横板滑动置于平移板上，L形板的横板与平移板之间设置Y向位置调节组件；背板滑动置于L形板的竖板上，L形板的竖板与背板之间设置Z向位置调节组件；四象限光电探测器设置在背板，四象限光电探测器通过X向位置调节组件、Y向位置调节组件和Z向位置调节组件实现受光位置在三维坐标内的调节。

对本实用新型技术方案的优选，激光测量头包括安装柱头和激光发射器，安装柱头上设置内螺纹孔，安装柱头通过内螺纹孔连接定心轴左端的延伸轴，激光发射器置于安装柱头上。

对本实用新型技术方案的优选，行走轮为齿轮。

对本实用新型技术方案的优选，X向位置调节组件包括X向直线导轨副、X向螺母和X向调节螺栓，X向直线导轨副置于平移板和底板之间实现平移板和底板之间的X向滑动，X向螺母焊接在平移板的背面，X向调节螺栓与X向螺母螺纹连接，X向调节螺栓旋转带动平移板通过X向直线导轨副相对于底板作X向直线运动，实现四象限光电探测器在X向位置的调整；

Y向位置调节组件包括Y向直线导轨副、Y向螺母和Y向调节螺栓，Y向直线导轨副置于L形板的横板与平移板之间实现L形板的横板与平移板的Y向滑动，Y向螺母焊接在L形板的横板的背面，Y向调节螺栓与Y向螺母螺纹连接，Y向调节螺栓旋转带动L形板的横板通过Y向直线导轨副相对于平移板作Y向直线运动，实现四象限光电探测器在Y向位置的调整；

Z向位置调节组件包括Z向直线导轨副、Z向螺母和Z向调节螺栓，Z向直线导轨副置于L形板的竖板与背板之间实现背板与L形板的竖板之间的Z向滑动，Z向螺母焊接在背板上，Z向调节螺栓与Z向螺母螺纹连接，Z向调节螺栓旋转带动背板通过Z向直线导轨副相对于L形板的竖板作Z向指向运动，实现四象限光电探测器在Z向位置的调整。

本实用新型的有益效果是：

本测量阶梯孔直线度的机器人，实现了一个带有柔性调节确定轴线的楔形弹性支撑机构，实现支撑测量杆端部的滑动支撑，并能够通过深孔自定心机构末端的定心轴驱动电机旋转推动两个锥形圆台带动测量杆贴近孔径，定心轴驱动电机反向旋转活动测头远离孔径，从而适应孔径的变化，且始终保持孔的中心线与定心轴的中心线共线，同时可以通过行进机构跨越一定高度的阶梯，从而适应量深孔、盲孔以及阶梯孔的直线度测量。

附图说明

图1是测量阶梯孔直线度的机器人的可收缩深孔自定心机构和行进机构置于孔内的结构示意图。

图2是行进机构装配的位置示意图。

图3是激光测量头和PSD位置调节机构装配的位置示意图。

图4是可收缩深孔自定心机构的剖视图。

图5是行进机构的剖视图。

图6是行走轮的主视图。

图7是激光测量头的示意图。

图8是光电处理系统的示意图。

图9是PSD位置调节机构的示意图。

图10是机器人行走单元处于行走状态时的行进机构装配的位置示意图。

图11是机器人行走单元处于测量状态时的行进机构装配的位置示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图11和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例一种测量阶梯孔直线度的机器人。包括置于孔内的可收缩深孔自定心机构2、驱动可收缩深孔自定心机构2在阶梯孔内行走的四个行进机构1、激光测量头3、用于采集激光测量头3激光信号的光电处理系统4和用于调节光电处理系统4受光位置的PSD位置调节机构5。

如图2和3所示，四个行进机构1均设置在可收缩深孔自定心机构2上,用于推动可收缩深孔自定心机构2沿深孔行进，可以跨越一定高度的台阶。激光测量头3设置在可收缩深孔自定心机构2上，光电处理系统4置于PSD位置调节机构5上，PSD位置调节机构5置于阶梯孔管道外部。

如图4所示，可收缩深孔自定心机构2包括一端开口一端有底的套筒37、端盖38、定心轴23、定心轴驱动电机11、第一锥形圆台18、第二锥形圆台21、左旋螺母19、压簧20和六个活动测头单元，端盖38设置在套筒37开口端，套筒37水平放置，定义端盖38所在端为右端，套筒37筒底所在端为左端；定心轴23水平置于套筒37内且两端分别转动支撑在套筒37筒底和端盖38上，定心轴23两端均伸出一段位于套筒37外部的延伸轴；在定心轴23上设置一段左旋螺纹和一段右旋螺纹，一段左旋螺纹位于定心轴23的左端，一段右旋螺纹位于一段左旋螺纹的右侧；定心轴驱动电机11固定在端盖38外侧，定心轴驱动电机11的电机轴通过联轴器连接定心轴23右端的延伸轴；第一锥形圆台18的轴线上设置右旋螺纹孔，第一锥形圆台18通过右旋螺纹孔与定心轴23上的一段右旋螺纹相配合安装，第一锥形圆台18的小端指向端盖38；第二锥形圆台21的轴线上设置中心通孔，第二锥形圆台21通过在中心通孔内设置轴承22转动设置在定心轴23上，左旋螺母19与定心轴23上的一段左旋螺纹相配合安装，第二锥形圆台21位于左旋螺母19的左侧，第二锥形圆台21的小端指向套筒37筒底；压簧20套在定心轴23并置于第二锥形圆台21与左旋螺母19之间，压簧20一端抵在第二锥形圆台21大端端面上，压簧20另一端抵在左旋螺母19的端面上；六个活动测头单元分别对应第一锥形圆台18和第二锥形圆台21分为两组，每组为三个活动测头单元，对应第一锥形圆台18的三个活动测头单元均布设置在第一锥形圆台18的外圆锥面上，对应第二锥形圆台21的三个活动测头单元均布设置在第二锥形圆台21的外圆锥面上；六个活动测头单元均包括滑轨12、滑块13、固定测杆15和活动侧头16，滑轨12固定在锥形圆台的外圆锥面上且沿锥形圆台的母线设置，滑块13滑动置于滑轨12上，固定测杆15竖直设置且固定测杆15的一端通过三角支撑块14连接滑块13，活动侧头16竖直设置且从套筒37筒壁上开设的过孔穿出，活动侧头16一端连接固定测杆15另一端，活动侧头16的另一端为悬空支撑端；在套筒37筒壁上的过孔周围外凸设置支撑筒17，支撑筒17位于套筒37筒壁的外侧。

可收缩深孔自定心机构，由压簧20、左旋螺母19和第二锥形圆台21构成柔性调节确定轴线的楔形弹性支撑机构；具体为，定心轴旋转时同时带动左旋螺母19压紧压簧20，在压簧20的张力下位于定心轴23左侧的第二锥形圆台21沿轴向向左运动，带动第二锥形圆台21外圆锥面上的三个活动测头单元内的三个固定测杆15和三个活动测头16同时伸出固定于套筒37圆周方向的支撑筒17，因左侧左旋螺母19的螺纹螺距大于右侧第一锥形圆台18的螺纹螺距，故右侧三个活动测头与孔(管道)内径接触时，左侧活动测头已接触，由压簧20弹性形成柔性接触。

如图1和7所示，激光测量头3设置在定心轴23左端的延伸轴上；激光测量头3包括安装柱头24和激光发射器26，安装柱头24上设置内螺纹孔25，安装柱头24通过内螺纹孔25连接定心轴23左端的延伸轴，激光发射器26置于安装柱头24上，激光发射器26发射激光照射于置于孔(管道)外部的四象限光电探测器33上。

如图2、5和6所示，多个行进机构1分别对应第一锥形圆台18和第二锥形圆台21平均分为两组，每组内的行进机构1至少为两个，行进机构1分别设置在支撑筒17上。本实施例以每组两个行进机构1为例进一步说明。

如图6所示，行进机构1包括行走轮固定架6、行走轮步进电机7、行走轮8和行走轮电机驱动模块9，行走轮8为齿轮。行走轮固定架6呈“L”型，行走轮固定架6的一条边固定在支撑筒17上，行走轮步进电机7设置在行走轮固定架6的另一条边上，行走轮8设置在行走轮步进电机7的电机轴上，行走轮8和行走轮步进电机7位于行走轮固定架6另一条边的两侧，行走轮电机驱动模块9设置在行走轮固定架6的另一条边上且与行走轮步进电机7位于行走轮固定架6另一条边的相同侧，行走轮电机驱动模块9和行走轮步进电机7之间通过电机控制线10连接。

本实施例的光电处理系统4和PSD位置调节机构5是置于孔(管道)外部，测量时，激光测量头发射激光照射于置于管道外部的四象限光电探测器，光电处理系统用于采集激光测量头的激光信号，从而测量出当前管道轴线位置。

如图8所示，光电处理系统4包括四象限光电探测器33、用于接收四象限光电探测器33信号的数据采集器34和接收数据采集器34信号的计算机35；四象限光电探测器33电连接数据采集器34，数据采集器34电连接计算机35，计算机35电连接行走轮电机驱动模块9。

本实施例光电处理系统4设计的信号处理为现有技术中常规的信号处理技术，这不是专利申请所请求保护的创新点。

如图9所示，PSD位置调节机构5包括底板36、平移板27、L形板28和背板29，平移板27滑动置于底板36上，平移板27和底板36之间设置X向位置调节组件；L形板28的横板滑动置于平移板27上，L形板28的横板与平移板27之间设置Y向位置调节组件；背板29滑动置于L形板28的竖板上，L形板28的竖板与背板29之间设置Z向位置调节组件；四象限光电探测器33设置在背板29，四象限光电探测器33通过X向位置调节组件、Y向位置调节组件和Z向位置调节组件实现受光位置在三维坐标内的调节。

X向位置调节组件包括X向直线导轨副、X向螺母和X向调节螺栓31，X向直线导轨副置于平移板27和底板36之间实现平移板27和底板36之间的X向滑动，X向螺母焊接在平移板27的背面，X向调节螺栓31与X向螺母螺纹连接，X向调节螺栓31旋转带动平移板27通过X向直线导轨副相对于底板36作X向直线运动，实现四象限光电探测器33在X向位置的调整。

Y向位置调节组件包括Y向直线导轨副、Y向螺母和Y向调节螺栓30，Y向直线导轨副置于L形板28的横板与平移板27之间实现L形板28的横板与平移板27的Y向滑动，Y向螺母焊接在L形板28的横板的背面，Y向调节螺栓30与Y向螺母螺纹连接，Y向调节螺栓30旋转带动L形板28的横板通过Y向直线导轨副相对于平移板27作Y向直线运动，实现四象限光电探测器33在Y向位置的调整。

Z向位置调节组件包括Z向直线导轨副、Z向螺母和Z向调节螺栓32，Z向直线导轨副置于L形板28的竖板与背板29之间实现背板29与L形板28的竖板之间的Z向滑动，Z向螺母焊接在背板29上，Z向调节螺栓32与Z向螺母螺纹连接，Z向调节螺栓32旋转带动背板29通过Z向直线导轨副相对于L形板28的竖板作Z向指向运动，实现四象限光电探测器33在Z向位置的调整。

本实施例一种可跨越阶梯孔的直线度测量机器人，工作时将活动测头16收缩的可收缩深孔自定心机构和行进机构，定义(可收缩深孔自定心机构和行进机构简称为机器人行走单元)放入孔内，行走轮步进电机7转动驱动机器人行走单元在孔内(管道内)行进到测量位置，定心轴驱动电机11旋转，定心轴23的右侧：定心轴23轴上一段右旋螺纹驱动带有右旋螺纹的第一锥形圆台18沿轴向右运动，从而带动第一锥形圆台18外圆锥面上的三个活动测头单元内的三个固定测杆15和三个活动测头16同时伸出固定于套筒37圆周方向的支撑筒17；定心轴23的左侧：定心轴旋转时同时带动左旋螺母19压紧压簧20，在压簧20的张力下位于定心轴23左侧的第二锥形圆台21沿轴向向左运动，带动第二锥形圆台21外圆锥面上的三个活动测头单元内的三个固定测杆15和三个活动测头16同时伸出固定于套筒37圆周方向的支撑筒17，因左侧左旋螺母19的螺纹螺距大于右侧第一锥形圆台18的螺纹螺距，故右侧三个活动测头与孔(管道)内径接触时，左侧活动测头已接触，由压簧20弹性形成柔性接触。此时，通过分布圆周的6个活动测头16可以实现孔(管道)当前位置的轴线定心功能，即可利用安装定心轴的左端上的激光测量头3发射激光照射于至于管道外部的四象限光电探测器33，光电处理系统4用于采集激光测量头3的激光信号，从而测量出当前管道轴线位置。

如图10和11所示，跨越阶梯孔时，定心轴驱动电机11反向旋转，收回所有的活动测头16，安装于支撑筒上的行走轮8与孔(管道)内壁接触，行走轮步进电机7驱动行走轮8前进跨过台阶，重复上述测量步骤，即可测量出大孔相对于小孔轴线偏差。

凡本实用新型说明书中未作特别说明的均为现有技术或者通过现有的技术能够实现，应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。