超声深孔直线度检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种深孔直线度检测方法及装置，具体地说设及一种超声深孔直线度 检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 深孔加工复杂且特殊，加工过程受诸如刀杆变形、系统颤振、工件材质、钻头参数、 切削参数、油液压力、排屑困难等多方面因素的影响，深孔零件常出现轴线偏斜的现象，一 旦偏斜到某种程度，深孔零件轴线的直线度误差将产生急剧变化，造成钻头损坏、工件报 废、产品精度低、质量不合格等不良后果。
[0003] 直线度检测贯穿于整个深孔加工过程中，是深孔领域控制产品质量的重要手段， 也是深孔加工必须考虑的一项基本指标，对于孔类零件，通常所说的直线度是指零件实际 轴线相对于理论轴线的偏差。
[0004] 深孔轴线直线度的检测方法有测壁厚法、激光测量法、量规测量法、臂杆测量法、 望远镜测量法等，运些方法或是没有考虑工件内外圆表面质量对测量结果的影响，或是受 到孔径太小的限制而不能用于测量孔径过小的深孔工件。 阳〇化]现有的一些深孔直线度检测装置利用超声波测厚仪，仅通过测量被测工件深孔的 孔壁厚度确定被测工件深孔的直线度，具有原理性误差，对检测结果造成了很大的影响。而 且用该方法对壁厚不变，而深孔轴线弯曲的零件进行测量，很有可能将深孔轴线误判为直 线。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的：本发明旨在克服上述现有技术的缺点，开发一种新的深孔直线度 检测装置，并使直线度检测结果不受到测量原理的影响，尽最大可能减小深孔直线度检测 误差。
[0007] 本发明采用如下技术方式实现：本发明由检测部分和检测架构成，检测部分由超 声测头、超声测厚仪和数字微分头构成，检测架包括带磁性开关的磁力吸附机构和定位块。 检测架底部具有凹槽，可与机床导轨相配合并可沿导轨移动，顶部的两个定位块用于确定 检测部分的位置和方向。检测部分靠紧定位块固定于检测架上，检测架支撑检测部分使超 声测头轴线与机床主轴轴线位于同一水平面内，调节微分头手柄可W改变超声测头到机床 主轴轴线的距离。
[0008] 数字微分头的调零方法：首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘上夹紧，然后调 节微分头手柄，使超声测头端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄 使微分头测杆再伸出d/2长度，此时超声测头前端面与机床主轴重合，设置数字微分头读 数为零。
[0009] 检测架上具有可开关的磁力吸附机构，包括可旋转的永磁铁和一个磁性开关，磁 性开关打开时，永磁铁的N极或者S极指向导轨，检测架对外磁力增大，可W固定于导轨上， 当磁性开关关闭时，N极与S极距导轨距离相同，检测架对外不显磁性，可W在导轨上自由 移动。
[0010] 所述永磁铁应为长条形，且长径比应大于等于5,用W保证磁力开关分别在打开和 关闭状态时，检测架对导轨产生的吸引力具有足够大的差别。且永磁铁两端为圆弧形，检测 架内部有凸台，凸台上有圆弧形凹槽。在永磁铁N或S极指向导轨时，磁极可与检测架接触， 从而对导轨产生更大的吸引力。
[0011] 测量某一截面上孔壁位置时，W机床主轴轴线与该截面的交点作为坐标系原点， 在水平和竖直方向建立平面直角坐标系，打开检测架磁性开关W固定检测架的位置，调节 微分头手柄使超声测头与被测工件接触，数字微分头测量的是被测工件外壁到机床主轴轴 线的距离0D，超声测厚仪测量的是被测工件壁厚CD，则在超声测头所测量的直线上，深孔 壁到机床主轴的距离为： 阳01引 0C=孤-CD
[0013] 用计算机记录下0D，CD, 0C取得第一组数据，读数结束后调节微分头手柄使超声 测头离开被测工件一定距离。
[0014] 几何学上，任意不在同一直线上的Ξ个点可W确定一个圆。也就是说，测出被测工 件深孔壁上任意Ξ个点的位置，就可W近似求得被测工件深孔壁的圆屯、位置。
[0015] 使卡盘旋转几个角度，利用上述方法，通过测量和计算可W得到任意取在被测工 件截面圆周上的A、B两点的位置坐标。也就可W确定一个圆屯、M。多次测量得到深孔壁截 面上η个点的位置坐标，就可W利用运些点求得C:个圆屯、。然后，关闭检测架上的磁性开 关沿导轨方向移动检测架，选取被测工件多个截面测量，得到一系列圆屯、的坐标，利用计算 机取一个最小的圆柱，将运些圆屯、全部包围在内，运个圆柱的直径就是该深孔的直线度误 差最大值。
[0016] 圆屯、坐标的求法： 阳017] 设点A坐标为（Xi，yi)，Β点（而，y2)，C点柄，y3)，所求圆半径为r，圆屯、Μ坐标为 (X。，y。）根据圆屯、到圆上点距离相等可得出方程组：
[0018]
[0019] 联立消元，得到二元一次方程组： 阳020] x/+y/-2x〇Xi-2y〇yi=x2^+Υ2^-2χ〇Χ2-2γ〇Υ2=χ3^+Υ3^-2χ〇Χ3-2γ〇Υ3
[0021] 代入A、Β、CΞ点坐标即可求得由A、Β、CΞ点所确定的圆的圆屯、的坐标。
[0022] 总之，本发明具有W下特征：
[0023] 1.超声深孔直线度检测方法包括W下步骤：
[0024] a:检测架10连同检测部分放置于机床导轨1上；
[00巧]b:调零，首先将一个直径为d的标准圆柱在卡盘11上夹紧，然后调节微分头手柄 5,使超声测头7端面与标准圆柱外圆接触，最后取下标准圆柱，调节微分头手柄5使微分头 测杆3再伸出d/2长度，此时超声测头7前端面与机床主轴轴线重合，设置数字微分头4读 数为零；
[0026]c:打开检测架10上的磁性开关9,使检测架10固定在导轨1上，将被测工件8在 机床的卡盘11上夹紧；
[0027] d:调节微分头手柄5使超声测头7与被测工件8接触，用计算机记录下数字微分 头4与超声测厚仪2的数值取得第一组数据，则所测量深孔壁上的点距原点的距离为数字 微分头4的读数减去超声测厚仪2的读数，读数结束后调节微分头手柄5使超声测头7离 开被测工件8 -定距离；
[0028]e:使卡盘旋转几个角度，多次测量得到深孔壁截面上η个点的位置坐标，利用运 些点求得。个圆心然后，关闭检测架10上的磁性开关9,沿导轨1方向移动检测架10,选 取被测工件8多个截面进行测量，得到一系列圆屯、的坐标，利用计算机求一个最小的圆柱， 将运些圆屯、全部包围在内，最小的圆柱的直径为该深孔的直线度误差。
[0029] 2.超声深孔直线度检测方法所采用的装置，其特征在于：检测架10底部凹槽与导 轨1相配合，上部有定位块6,数字微分头4靠紧定位块6固定于检测架10上，微分头测杆 3连接超声测头7,超声测头7与超声测厚仪2相连，检测部分由超声测头7、超声测厚仪2 和数字微分头4构成，被测工件8夹紧于机床卡盘11上，调节微分头手柄5可使超声测头 7靠近或远离被测工件8 ;检测架10有空腔，内有可开关的磁力吸附机构，其中可旋转的永 磁铁13与磁性开