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孔检测仪器

阅读：898发布：2020-05-08

专利汇可以提供孔检测仪器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型属于机械制造领域，具体涉及孔检测仪器。主要用于检测孔轴线直线度等形位误差及其它质量指标。检测仪包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、运算显示部分。带孔工件相对于基准移动；探测部分与孔壁接触或与孔壁之间有气膜，可绕支点摆动。光斑随带孔工件运动而变化。运算显示部分能显示光斑位置变化或其变换后的信息。光线与孔的中心线同轴或不同轴。探测杆、探测头上可设置孔，探测头与被测工件的孔壁能形成环形楔形空间，自动定位于被测孔的中心。光斑稳定，分辨率高，受探测杆变形或绕自身轴线旋转影响小。可测量小直径孔。受外界光的干扰少。油雾或气体能使探测头与孔壁的摩擦磨损减少。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是孔检测仪器专利的具体信息内容。

权利要求

1.孔检测仪器，其特征在于：包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、运算显示部分；人手或驱动部分使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动；探测部分位于孔内的装置有与孔壁接触的零件或与孔壁之间存在气膜；探测部分能够绕支点在空间内运动；光学部分的光线及光斑能随带孔工件或探测部分的运动而变化；光学部分的光发射装置位于孔内或孔外：光学部分与探测部分位于支点的一侧或两侧；所设计的光线位置与带孔工件孔的中心线在理论上同轴或不同轴，运算显示部分对光斑位置信息进行计算、显示光斑位置或其变化或其变换后的信息；所述的支点可以在孔内或孔外。
2.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有滑动体；所述的探测部分有探测杆、探测头；探测头是位于孔内的装置，与孔壁接触或与孔壁之间有气膜；所述的光学部分有光发射装置、光线、光接收装置；所述的运算显示部分包括运算器和显示器；探测头位于探测杆上，当人手或驱动部分带动探测部分或带孔工件沿导向体运动时，探测杆随孔的变化和探测头相对基准部分的变化绕支点进行空间内的运动；所发出的光线射向光接收装置；探索杆位置的变化引起光发射装置、光线和光接收装置上光斑位置发生变化；显示器反映光斑位置或其变化或其变换后的信息，运算器为独立装置或与显示器制作为一体。
3.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于：当光学部分与探测部分位于支点的同一侧时，光斑的变动量大于探测头的变动量；当光学部分与探测部分分别位于支点的两侧、且光接收装置到支点的距离大于探测头到支点的距离时，光斑的变动量大于探测头的变动量；光接收装置有罩盖；所述的光斑位置变换后的信息为孔的直线度或垂直度或平行度或倾斜度或尺寸或粗糙度或其统计数据。
4.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于：探测部分自动适应孔径的变化；所述的支点处有间隙调整装置或没有间隙调整装置，支点为球副或球轴承，或其它结构，所述的其它结构可使探测部分绕支点摆动或转动。
5.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于所述的基准部分的导向体为机床导轨或其它导向物体，所述的驱动部分的滑动体为机床溜板或其它滑动物体；光学位移检测装置或机械位移检测装置检测带孔工件或探测部分相对于基准部分的移动距离；探测部分是整体或分体式，分体式探测部分能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。
6.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于，当探测杆脱离带孔工件时，位于其下方的缓冲器上或自然下垂；所述的缓冲器有弹簧或弹性材料或磁性材料，或者缓冲器与探测杆之间通入有压气体，气体作用于探测杆。
7.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于，探测部分的探测杆内无孔或有孔；
探测头与孔壁为线接触或面接触；探测头与孔的内壁沿360度范围接触或单边接触或以小于360度范围内的其它角度接触；对于探测头与孔壁接触的情况，探测头与孔壁之间为干摩擦或边界摩擦或混合摩擦或流体润滑或具有压力的油雾从探测头上的径向孔内流出；对于气体流过探测杆内孔或其它孔内气道的情况，探测头沿孔轴线方向尺寸不等，探测头与被测工件的孔壁形成一个或多于一个的环形楔形空间，在探测头上沿圆周分布有多个斜孔，有压气体流入探测杆内孔或其它孔内气道，进入探测头上的斜孔，探测头与孔壁形成气膜，气体流出斜孔时，流动方向从楔形空间的大间隙指向楔形空间的小间隙。
8.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于，在探测部分的探测杆内有孔时，其探测头与孔壁形成的气膜的压力因孔径变大而下降，因孔径变小而上升；输入缓冲器与探测杆之间的气体压力，随气膜压力而调整。
9.根据权利要求1所述的孔检测仪器，其特征在于，所述的支点可以位于固定的物体上，也可以位于支撑上，相对于支撑只有一个旋转自由度，支撑相对于基准部分可旋转，只有一个旋转自由度；在带孔工件孔内有槽时，探测头可以有与槽配合的凸起或无凸起。

说明书全文

孔检测仪器

技术领域

[0001] 本实用新型属于机械制造领域，具体涉及孔检测仪器。本实用新型适用于孔，包括光孔、带有槽的孔、中间大两头小的孔，特别适用于深孔的检测。

背景技术

[0002] 总体而言，孔的检测，其技术难度大于针对外部结构的检测。研究人员针对孔的检测，进行了多方面尝试，申请了以下专利。[1]一种孔轴线直线度激光检测装置[P].山西：CN103175488A。[2]一种单激光单PSD储存式深孔直线度检测装置[P].山西：CN203981133U。
[3]超声深孔直线度检测装置[P]。山西：CN205228402U。
发明内容

[0003] 本实用新型的目的：克服现有检测过程中，位于孔内的检测装置相对于孔壁旋转所造成的检测误差；通过多种方法，提高检测精度；探讨非接触式测量，减少摩擦磨损。

[0004] 本实用新型通过以下技术创新点实现。

[0005] 1.孔检测仪器，其特征在于：包括基准部分、驱动部分、探测部分、光学部分、运算显示部分；人手或驱动部分使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动；探测部分位于孔内的装置有与孔壁接触的零件或与孔壁之间存在气膜；探测部分能够绕支点在空间内运动；光学部分的光线及光斑能随带孔工件或探测部分的运动而变化；光学部分的光发射装置位于孔内或孔外；光学部分与探测部分位于支点的一侧或两侧；所设计的光线位置与带孔工件孔的中心线在理论上同轴或不同轴，运算显示部分对光斑位置信息进行计算、显示光斑位置或其变化或其变换后的信息；所述的支点可以在孔内或孔外。

[0006] 2.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有滑动体；所述的探测部分有探测杆、探测头；探测头是位于孔内的装置，与孔壁接触或与孔壁之间有气膜；所述的光学部分有光发射装置、光线、光接收装置；所述的运算显示部分包括运算器和显示器；探测头位于探测杆上，当人手或驱动部分带动探测部分或带孔工件沿导向体运动时，探测杆随孔的变化和探测头相对基准部分的变化绕支点进行空间内的运动；所发出的光线射向光接收装置；探索杆位置的变化引起光发射装置、光线和光接收装置上光斑位置发生变化；显示器反映光斑位置或其变化或其变换后的信息，运算器为独立装置或与显示器制作为一体。

[0007] 3.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于：当光学部分与探测部分位于支点的同一侧时，光斑的变动量大于探测头的变动量；当光学部分与探测部分分别位于支点的两侧、且光接收装置到支点的距离大于探测头到支点的距离时，光斑的变动量大于探测头的变动量；光接收装置有罩盖；所述的光斑位置变换后的信息为孔的直线度或垂直度或平行度或倾斜度或尺寸或粗糙度或其统计数据。

[0008] 4.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于：探测部分自动适应孔径的变化；所述的支点处有间隙调整装置或没有间隙调整装置，支点为球副或球轴承，或其它结构，所述的其它结构可使探测部分绕支点摆动或转动。

[0009] 5.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于所述的基准部分的导向体为机床导轨或其它导向物体，所述的驱动部分的滑动体为机床溜板或其它滑动物体；光学位移检测装置或机械位移检测装置检测带孔工件或探测部分相对于基准部分的移动距离；探测部分是整体或分体式，分体式探测部分能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。

[0010] 6.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于，当探测杆脱离带孔工件时，位于其下方的缓冲器上或自然下垂；所述的缓冲器有弹簧或弹性材料或磁性材料，或者缓冲器与探测杆之间通入有压气体，气体作用于探测杆。

[0011] 7.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于，探测部分的探测杆内无孔或有孔；探测头与孔壁为线接触或面接触；探测头与孔的内壁沿360度范围接触或单边接触或以小于360度范围内的其它角度接触；对于探测头与孔壁接触的情况，探测头与孔壁之间为干摩擦或边界摩擦或混合摩擦或流体润滑或具有压力的油雾从探测头上的径向孔内流出；对于气体流过探测杆内孔或其它孔内气道的情况，探测头沿孔轴线方向尺寸不等，探测头与被测工件的孔壁形成一个或多于一个的环形楔形空间，在探测头上沿圆周分布有多个斜孔，有压气体流入探测杆内孔或其它孔内气道，进入探测头上的斜孔，探测头与孔壁形成气膜，气体流出斜孔时，流动方向从楔形空间的大间隙指向楔形空间的小间隙。

[0012] 8.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于，在探测部分的探测杆内有孔时，其探测头与孔壁形成的气膜的压力因孔径变大而下降，因孔径变小而上升；输入缓冲器与探测杆之间的气体压力，随气膜压力而调整。

[0013] 9.根据技术创新点1所述的孔检测仪器，其特征在于，所述的支点可以位于固定的物体上，也可以位于支撑上，相对于支撑只有一个旋转自由度，支撑相对于基准部分可旋转，只有一个旋转自由度；在带孔工件孔内有槽时，探测头可以有与槽配合的凸起或无凸起。

[0014] 以下对本实用新型作进一步说明。

[0015] 1、认为基准部分的导向体不存在误差。对于带孔工件移动、探测部分静止的情况，检测过程中光发射装置到光敏传感器的距离是固定的，光斑稳定，这就排除了光源远近变化造成光斑中心变动的不良影响。因此，本实用新型检测精度高。

[0016] 2、所设计的光线位置在理论上可以位于或不位于孔的中心。但光线的设计位置与孔中心线同轴，是比较好的选择。如果所设计的光线位置不是位于孔的中心，而是偏离孔的中心，则在检测过程中，有可能出现误判。以下举例说明：假定孔的轴线是理想的、笔直的，也就是说，孔轴线是绝对理想的直线。但是，在检测过程中，如果光线随光发射装置相对于带孔工件旋转了一定角度，这时光斑位置是变化的。检测过程中容易将这种光斑位置的变化理解为因为孔轴线弯曲所引起，从而产生误判。因此，所设计的光线位置位于孔的中心，可避免或减小光学部分相对带孔工件旋转所产生的不良影响。

[0017] 3、光斑的变动量可以大于探测头的径向变动量。当支点到探测头的距离越小时，放大作用越是明显。当支点到探测头的距离越大时，放大作用越不明显。有时，为了提高放大效果，所设计的支点可以进入孔内。

[0018] 4、在探测头以整圆或大于半圆与孔接触时，采用现有技术中的自动膨胀方案(如弹性变形、锥面移动等)，使探测头能自动适应孔径变化。采用此方法，可以测得孔轴线的直线度。

[0019] 5、在探测头以单边起作用(比如，探测头单边与孔壁接触)时，利用光斑变化还可以获得孔的直径、半径、壁厚等尺寸和孔的圆度、圆柱度、跳动度等。举例说，较大的孔，其光斑向下偏移量大，考虑已测得的孔轴线的直线度，通过换算，可以获得孔的直径。依据光斑变化，也可以借助一个已知内孔直径的带孔工件，求得被测孔的直径。这个已知内孔直径的带孔工件可以作为辅助工具，专门用于标定尺寸。

[0020] 6、以粗糙度探针作为探测头，与孔壁接触时(如单边接触时)，可测定孔表面的粗糙度。

[0021] 7、探测部分脱离带孔工件时，与缓冲器接触，可以避免使探测部分损坏或变形。

[0022] 8、光学位移检测装置(例如激光测距仪)或机械位移检测装置检测带孔工件或探测部分相对于基准部分的移动距离。便于确定各个孔截面的坐标位置及其质量状况。

[0023] 9、为了使探测杆可以在空间内摆动，采用球副或球轴承，也可以采用其它结构，比如，探测杆靠近支点的一端位于方腔内，在方腔内具有两个旋转自由度。

[0024] 10、有压气体流入探测杆内孔和探测头上的斜孔，探测头与孔壁形成气膜，气体流出斜孔时，流动方向从楔形空间的大间隙指向楔形空间的小间隙。以下讨论流体在孔内流过圆锥体的情况：1)顺锥：流体从大间隙流向小间隙，具有自动定心作用，流体会拨正锥体的偏心，使其自动定位于孔的中心。2)倒锥：流体从小间隙流向大间隙，具有自动卡紧作用，流体会加大锥体的偏心。以上原理参见沈兴全主编的教材《液压传动与控制》(第四版)、第三章“液压流体力学基础”、第四节“孔口和缝隙的压力流量特性”、第42页中的“液压卡紧现象”。在本实用新型中，采用顺锥原理，利用气体的作用力，使探测头在气体的作用力下，自动定位于被测孔的中心。

[0025] 11、探测头与孔壁形成的气膜的压力因孔径变大而下降，因孔径变小而上升；输入缓冲器与探测杆之间的气体压力，随气膜压力而调整。比如，气膜压力降低时，通过现有技术中的控制方法，使输入缓冲器与探测杆之间的气体压力上升，给予探测杆一个向上的作用力，使探测杆保持在正确的位置。

[0026] 12、支点可以位于固定的物体上，也可以位于能够旋转的支撑上。这时，支点相对于支撑只有一个旋转自由度，支撑相对于基准部分可旋转，只有一个旋转自由度。采用此结构时，探测杆无旋转自由度，可以防止探测杆在检测过程中绕其自身轴线旋转所造成的误差。

[0027] 13、带孔工件的运动可以为移动或旋转。

[0028] 14、对于探测头与孔壁接触的情况，探测头与孔壁之间为干摩擦或边界摩擦或混合摩擦或流体润滑，或者，具有压力的油雾从探测头上的径向孔内流出，起到润滑作用，同时，给予探测头一个向上的浮力，减小探测头对孔壁的作用力，减轻摩擦力，减少划伤或实现气体润滑。检测有槽带孔工件壁厚、槽深、槽直径时，探测头可以有与槽配合的凸起。

[0029] 本实用新型的有益效果：(1)检测过程中光发射装置到光敏传感器的距离可以是固定的，光斑稳定，排除了光源远近变化造成光斑中心变动的不良影响。这个优点是专利“一种孔轴线直线度激光检测装置(山西：CN103175488A，2013-06-26)”不具备的。(2)光斑的变动量可以大于探测头的径向变动量，具有放大误差的作用，分辨率高。因此，本实用新型检测精度很高。(3)实施方式之一中，探测头的位移等于光发射装置的位移，也就是说，探测杆的变形所产生的不良影响不大。另外，所设计的光线位置位于孔的中心，即与孔中心线同轴，可避免或减小光学部分相对带孔工件旋转所产生的不良影响。(4)测量时不必将百分表、千分表放到孔内，因此，可测量小直径孔。(5)实施方式之一中探测头仅有两个旋转自由度，无绕其自身轴线的旋转自由度，也可以防止探测头绕自身轴线旋转所造成的测量误差。(6)采用了顺锥原理，利用气体的作用力，使探测头自动定位于被测孔的中心。(7)光接收装置有罩盖，检测受外界光的干扰少。(8)油雾或气体能使探测头与孔壁的作用效果减小，减少摩擦磨损。
附图说明

[0030] 图1为光学部分与探测部分位于支点一侧的孔类零件检测仪的示意图。

[0031] 图2为光学部分与探测部分位于支点两侧的孔类零件检测仪的示意图。

[0032] 图中：1-带孔工件，2-滑动体，3-导向体，4-探测杆，5-探测头，6-运算显示部分，7-光接收装置，8-光线，9-光发射装置，10-支点，11-支撑，12-探测杆内孔，13-斜孔，14-楔形间隙，15-缓冲器。

具体实施方式

[0033] 以下结合附图对本实用新型实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本实用新型做任何限制。

[0034] 探测头具体实施方式：探测头与孔的内壁沿360度范围接触或在小于360度范围内接触；探测头不与孔壁直接接触，两者之间存在有压气体；探测头为弹性体或采用锥面结合的方式，使其具有变形能力，具体参考专利“一种孔轴线直线度激光检测装置”。

[0035] 探测杆具体实施方式：探测杆内无孔或有孔。

[0036] 支点实施方式：支点与固定物体连接或与可旋转的物体(比如，支撑)相连。

[0037] 探测部分实施方式：整体式或分体式。

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