專利名稱：基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種孔類零件直線度檢測方法，特別涉及一種立式深孔直線度激光檢測方法。
技術背景 深孔加工復雜且特殊，難以觀察加工部位和刀具狀況，加工過程受諸如刀桿變形、系統顫振、工件材質、鉆頭參數、切削參數、油液壓力、排屑困難等多方面因素的影響，深孔零件常出現軸線偏斜的現象，一旦偏斜到某種程度，深孔零件軸線的直線度誤差將產生急劇變化，造成鉆頭損壞、工件報廢、產品精度低、質量不合格等不良后果。由于深孔加工服務于裝備制造行業，深孔工件的質量直接影響裝備制造業的發展，也限制了深孔向其他領域拓展的空間。
直線度檢測貫穿于整個深孔加工過程中，是深孔領域控制產品質量的重要手段，直線度好的零件也可以使自身在與其他零件配合使用時發揮出最大的性能，提高總裝精度。直線度是深孔加工必須考慮的一項基本指標，對于孔類零件，通常所說的直線度是指零件實際軸線相對于理論軸線的偏差。
國內外在深孔直線度檢測與糾偏技術方面的研究不斷加深，但是相對其他計量項目而言，直線度檢測技術顯得落后，尤其表現在對大長工件孔軸線直線度檢測方面，到目前為止，尚沒有用于檢測深孔軸線直線度偏差的成熟產品。實際中，工人師傅經常通過用卡尺在孔的兩端沿不同徑向方向測量壁厚的方法判定直線度好壞，這種方法不能測得深孔內部軸線偏差，也即不能實現對深孔零件直線度的全程連續動態檢測，很不精準，容易陷入以點概面的誤區。
而一些高精度直線度檢測儀器的價格又比較昂貴，難以接受。發明內容
本發明的目的旨在克服上述缺點，提供一種利用激光技術和位置敏感探測器全程動態檢測并且由計算機系統處理的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法。
該方法通過檢測裝置檢測，該檢測裝置通過位置敏感探測器上光斑的變化和裝置豎直方向位移變化，得到空間離散點，經由計算機系統處理即可得到深孔軸線的直線度。
為達到上述目的，本發明采用如下解決方案:一種基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，包括立式深孔直線度激光檢測裝置，其特征在于:所述檢測裝置包括T型拉桿，T型拉桿穿過上楔形體和下楔形體的中間孔安裝在封閉的套筒內，上楔形體和下楔形體與套筒的內壁接觸，T型拉桿的桿頭穿過套筒上端面設有的與上楔形體和下楔形體的中間孔一致的中間孔伸出套筒外，T型拉桿的桿頭連接拉繩，拉繩通過定滑輪連接在與電機相連的滾筒上；在T型拉桿上設有上彈簧、中彈簧和下彈簧，上彈簧、中彈簧和下彈簧分別位于套筒上端面與上楔形體、上楔形體與下楔形體、下楔形體與T型拉桿的T型臺階之間；在套筒的筒壁上設有上楔形件和下楔形件，上楔形件的一端與深孔零件的孔壁接觸，另一端與上楔形體傾斜接觸，下楔形件的一端與深孔零件的孔壁接觸，另一端與下楔形體傾斜接觸；在套筒下端面的中心處拴有吊繩，吊繩下端安裝有重塊，重塊下端面安裝激光發射器，重塊下方設有支架，在支架上安裝位置敏感探測器，位置敏感探測器接收激光發射器發出的光線，位置敏感探測器通過A/D轉換器與計算機系統相連；其檢測方法的步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點碼(％ Λ >ζ ) > ( ......1d Wi)......，其中-M1為空間曲線第一個峰值，即重塊發生單擺式振動測得的第一個振幅最大點，Ai2為曲線上第一個使線段M2 M1的水平投影長度最大的點為曲線上第一個使線段Ai3 M2的水平投影長度最大的點，依次類推，同樣的方法得到碼；第四步，求點M1和Mf2的中點M21,同樣求出點M2和與的中點M32, Mi和碼-1的中點1-1 ,依次類推，將M21、Ai32......Mi,......白勺連線視為深孔軸線;弟五步，根據上述連線利用形狀和位置公差原理求深孔軸線直線度。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述的檢測方法步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點Ai1(XW1)、M2 ( ......Mi(SWiJi)......，其中碼為空間曲線第一個峰值，即重塊發生單擺式振動測得的第一個振幅最大點，M2為曲線上第一個使線段M2 M1的水平投影長度最大的點，M3為曲線上第一個使線段叫M2的水平投影長度最大的點，依次類推，同樣的方法得到私；第四步，求鵯、1/2、鵪的形心Cf1，求M2、Ms、M4的形心C2 ,依次類推，將C1、C2……Ci……的連線視為深孔軸線；第五步，根據上述連線利用形狀和位置公差原理求深孔軸線直線度。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述的檢測方法步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點；第四步，將空間離散點連接成曲線；第五步，依據邸繼征所著《小波分析原理》中的采樣與濾波原理，參考《計量技術》期刊論文“小波變換在電梯導軌接縫形位診斷中的應用”，將該曲線分解為頻率不同的兩條曲線，一條與重塊晃動的頻率相對應，另一條與深孔軸線直線度變化的頻率相對應，或采用其它濾波分析技術進行處理；第六步，求出深孔軸線直線度。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述T型拉桿的桿頭上設有連接拉繩的拉釘。
上述的基于數學手 段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件與深孔零件的孔壁接觸的一端設有可繞自身軸轉動的上滾輪和下滾輪，數量均為三個或三個以上。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件與上楔形體和下楔形體傾斜接觸的斜角為10°-80°。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件在靠近套筒內壁處設置銷釘。
上述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述定滑輪為左滑輪和右滑輪。
本發明所述的T型拉桿在拉繩的作用下，做垂直向上運動，使上彈簧、中彈簧和下彈簧處于壓縮狀態，彈簧推動楔形體，頂起楔形件，從而確保上滾輪和下滾輪與深孔零件的孔內壁始終接觸。
本發明所述的位置敏感探測器接收激光發射器發出的光線，可檢測零件孔的實際軸線相對于理論軸線的橫向變動量。
本發明所述的A/D轉換器與計算機系統相連，實現對位置敏感探測器所得數據進行轉換。
本發明所述的上滾輪和下滾輪可繞自身軸轉動，使裝置工作時，兩個滾輪與深孔零件的孔內壁之間為滾動摩擦，有利于減小摩擦阻力，提高檢測精度。
本發明所述的銷釘可確保楔形件不會從套筒中脫落。
本發明所述的拉繩繞過左滑輪和右滑輪連接在拉釘上，從而將電機的動力傳遞給T型拉桿，滑輪改變拉繩傳動方向，使電機安裝適應性更強。
本發明與現有深孔軸線直線度檢測方法相比，具有以下有益效果: 本發明通過位置敏感探測器上光斑的變化和裝置豎直方向位移變化信息，經由計算機系統處理得到空間離散點，再利用數學方法擬合出深孔軸線，進而依據形狀和位置公差原理求出深孔軸線直線度。
本發明集機、電、光于一體，采用激光技術和位置敏感探測器，利用計算機技術排除了重塊晃動的干擾，而采用現有的機械方法難以做到這點。本方法可以實現全程動態檢測深孔實際軸線相對于理論軸線的橫向微位移變化，并且能精確求出深孔軸線直線度，使對深孔零件進行直線度檢測的手段趨于高精化，是深孔檢測技術上的重要突破。
圖1、本發明所采用的立式深孔直線度激光檢測裝置結構示意圖。
圖中:1-深孔零件2-套筒3-上楔形體5-T型拉桿6_中彈簧7_下楔形體8_重塊9-下彈簧10-面板11-激光發射器12-吊繩13-下楔形件14-下滾輪15-上楔形件16-上滾輪17-銷釘18-上彈簧19-拉釘20-電機21-卷軸22-左滑輪23-滾筒24-位置敏感探測器25-支架26-計算機系統 27-光線 28-右滑輪30-A/D轉換器31-拉繩。
具體實施方式
結合附圖對本發明的實施方式作進一步描述，本實施例是用來說明本發明的，而不是對本發明做任何限制。
如圖1所示，本發明采用的立式深孔直線度激光檢測裝置，包括T型拉桿5、上彈簧18、中彈簧6、下彈簧9、上楔形體3、下楔形體7、上楔形件15、下楔形件13、面板10、吊繩12、重塊8、激光發射器11和位置敏感探測器24，T型拉桿5穿過上楔形體3和下楔形體7的中間孔安裝在封閉的套筒2內，上彈簧18、中彈簧6和下彈簧9套在T型拉桿5上，且被上楔形體3和下楔形體7隔開，上楔形件15與上楔形體3之間傾斜接觸，斜角控制在10° -80°之間，下楔形件13與下楔形體7之間傾斜接觸，斜角控制在10°-80°之間；下端面10的中心處拴有吊繩12，吊繩12下端安裝有重塊8，激光發射器11固定在重塊8下端面正中心，位置敏感探測器24固定安裝在支架25上，位置敏感探測器24位于激光發射器11下方，激光發射器11發出的光線27照射在位置敏感探測器24的工作范圍內，位置敏感探測器24通過A/D轉換器30與計算機系統26相連。上滾輪16和下滾輪14均與深孔零件I的孔壁接觸，可繞自身軸轉動，數量均為三個或三個以上。
上楔形體3與上楔形件15之間的接觸形式可以是面接觸，也可以是線接觸；下楔形體7與下楔形件13之間也采用相同的接觸形式。
銷釘17安裝于上楔形件15，確保楔形件不會從套筒2中脫落，銷釘可以是普通銷釘，也可以是彈簧銷釘。
套筒2的下端面10可以是快換式面板，也可以是緊固式面板。
利用上述檢測裝置，其檢測方法有以下三種: 第一種方法的步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點竭(nZ1 )、M2(XW2)......Afi(Wi)......，其中M1為空間曲線第一個峰值，即重塊發生單擺式振動測得的第一個振幅最大點，M2為曲線上第一個使線段Ai2 M1的水平投影長度最大的點為曲線上第一個使線段M3 M2的水平投影長度最大的點，依次類推，同樣的方法得到A ;第四步，求點M1和M2的中點，同樣求出點M2和的中點M32, Mi和Mg的中點碼,,依次類推，將M21、M32......Mi, ……的連線視為深孔軸線；第五步，根據上述連線利用形狀和位置公差原理求深孔軸線直線度。
第二種方法的步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點碼M2(x2,y2,z2)......Mi(Xi ,Zi)……，其中Ai1S空間曲線第一個峰值，即重塊發生單擺式振動測得的第一個振幅最大點，M2為曲線上第一個使線段]1/2 M1的水平投影長度最大的點，ili3為曲線上第一個使線段M3馬的水平投影長度最大的點，依次類推，同樣的方法得到Mi ;第四步，求的形心Ci1，求M2、M3、Ma的形心C2,依次類推，將C1、Cf2……Ci……的連線視為深孔軸線；第五步，根據上述連線利用形狀和位置公差原理求深孔軸線直線度。
第三種方法的步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點；第四步，將空間離散點連接成曲線；第五步，依據邸繼征所著《小波分析原理》中的采樣與濾波原理，參考《計量技術》期刊論文“小波變換在電梯導軌接縫形位診斷中的應用”，將該曲線分解為頻率不同的兩條曲線，一條與重塊晃動的頻率相對應，另一條與深孔軸線直線度變化的頻率相對應，或采用其它濾波分析技術進行處理；第六步，求出深孔軸線直線度。
本方法所采用的檢測裝置的工作過程如下: 本發明工作開始時，在拉繩31的作用下，通過T型拉桿5使三個彈簧處于壓縮狀態，推動楔形體移動，頂起楔形件，將上滾輪16和下滾輪14壓緊在深孔零件I的內孔壁上，從而保證工作過程的良好接觸。工作過程中，當孔徑變大時，楔形體使得滾輪向外移動，適應于孔徑的增加；當孔徑變小時，深孔孔壁迫使滾輪向內移動，由于楔形角避開自鎖角度，楔形體向下運動，由于軸向布置有彈簧，這種軸向運動是可以實現的。檢測時，位置敏感探測器24探測到的光斑變化量經A/D轉換器30后，獲得深孔實際軸線相對于理論軸線每點處的橫向微位移變化，計算機系統26對該變化和裝置豎直方向位移變量進行處理運算，得到樣點在空間離散特征，并擬合出一條直線度空間曲線，得到每點處孔軸線直線度誤差值，最終以三維圖像和數據表的形式呈現在顯示屏上，方便人工讀出。
權利要求
1.一種基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，包括立式深孔直線度激光檢測裝置，其特征在于:所述檢測裝置包括T型拉桿，T型拉桿穿過上楔形體和下楔形體的中間孔安裝在封閉的套筒內，上楔形體和下楔形體與套筒的內壁接觸，T型拉桿的桿頭穿過套筒上端面設有的與上楔形體和下楔形體的中間孔一致的中間孔伸出套筒外，T型拉桿的桿頭連接拉繩，拉繩通過定滑輪連接在與電機相連的滾筒上；在T型拉桿上設有上彈簧、中彈簧和下彈簧，上彈簧、中彈簧和下彈簧分別位于套筒上端面與上楔形體、上楔形體與下楔形體、下楔形體與T型拉桿的T型臺階之間；在套筒的筒壁上設有上楔形件和下楔形件，上楔形件的一端與深孔零件的孔壁接觸，另一端與上楔形體傾斜接觸，下楔形件的一端與深孔零件的孔壁接觸，另一端與下楔形體傾斜接觸；在套筒下端面的中心處拴有吊繩，吊繩下端安裝有重塊，重塊下端面安裝激光發射器，重塊下方設有支架，在支架上安裝位置敏感探測器，位置敏感探測器接收激光發射器發出的光線，位置敏感探測器通過A/D轉換器與計算機系統相連；其檢測方法的步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點
2.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述的檢測方法步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點，空間離散點依次連接形成一條曲線，從中依次找出極值點……Mi(XisWi)……，其中M1為空間曲線第一個峰值，即重塊發生單擺式振動測得的第一個振幅最大點，M2為曲線上第一個使線段Af2 M1的水平投影長度最大的點，Af3為曲線上第一個使線段M3 M2的水平投影長度最大的點，依次類推，同樣的方法得到;第四步，求的形心C1，求M2、M3、M4的形心C2,依次類推，將€^、C2……Ci……的連線視為深孔軸線；第五步，根據上述連線利用形狀和位置公差原理求深孔軸線直線度。
3.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述的檢測方法步驟如下:第一步，由位置敏感探測器檢測光斑的變化；第二步，將光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機系統；第三步，由計算機系統根據光斑位置變化信息和裝置豎直方向位移變化信息，得到空間離散點；第四步，將空間離散點連接成曲線；第五步，依據邸繼征所著《小波分析原理》中的采樣與濾波原理，參考《計量技術》期刊論文“小波變換在電梯導軌接縫形位診斷中的應用”，將該曲線分解為頻率不同的兩條曲線，一條與重塊晃動的頻率相對應，另一條與深孔軸線直線度變化的頻率相對應，或采用其它濾波分析技術進行處理；第六步，求出深孔軸線直線度。
4.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述T型拉桿的桿頭上設有連接拉繩的拉釘。
5.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件與深孔零件的孔壁接觸的一端設有可繞自身軸轉動的上滾輪和下滾輪，數量均為三個或三個以上。
6.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件與上楔形體和下楔形體傾斜接觸的斜角為10°-80°。
7.根 據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述上楔形件和下楔形件在靠近套筒內壁處設置銷釘。
8.根據權利要求1所述的基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，其特征在于:所述定滑輪為左滑輪和右滑輪。
全文摘要
本發明公開了基于數學手段的深孔直線度激光檢測方法，所采用的檢測裝置由T型拉桿、套筒、彈簧、楔形件、位置敏感探測器、激光發射器、A/D轉換器和計算機等部件構成，其步驟為首先通過位置敏感探測器檢測光斑的變化，再將光斑位置變化和裝置豎直方向位移變化信息輸入計算機，得到空間離散點，然后選取離散點的各個極值點，求極值點的中間點或形心，依次得到連續的點，將其連線視為深孔軸線，最后求出深孔軸線直線度；還可將離散點連接成曲線，依據采樣與濾波原理將該曲線分解為頻率不同的兩條曲線，最后求出深孔軸線直線度。本發明可全程動態檢測孔的實際軸線的橫向變動量，并且能精確求出深孔軸線直線度，進而使檢測手段高精化。
文檔編號G01B11/27GK103196396SQ20131009587
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者于大國, 沈興全, 孟曉華, 寧磊, 王繼明, 苗鴻賓 申請人:中北大學