本實用新型屬于深孔軸線直線度檢測的技術領域，具體涉及一種深孔直線度檢測裝置。

技術背景

深孔直線度目前的檢測基本過程是：第一、將深孔零件等分成n分，得到n+1個深孔截面，測出深孔截面上各點的坐標；第二、運用三點定圓原理找出深孔截面的圓心；第三、運用兩端點連線法、最小區(qū)域法、最小二乘法找出理想的直線度誤差評定基線，算出深孔直線度。目前，實際應用的深孔直線度檢測方法主要有量規(guī)檢驗法、自準直儀法、校正望遠鏡測量法、感應式應變片測量法、超聲波測量法、激光測量法，這些方法有的只是定性的檢測；有的在確定深孔截面的圓心過程中存在原理誤差以及采樣的偶然誤差。

深孔直線度檢測的難點：第一、由于深孔軸線在檢測前未知，故不易保證所測深孔截面垂直于深孔軸線；第二、不易準確測量出深孔截面上各點的坐標；第三、由于實際加工出來的深孔存在圓度誤差以及表面質量誤差，即深孔截面不是一個標準的圓，因此，不易確定深孔截面的圓心坐標；第四、在獲得各深孔截面圓心坐標后，進行直線度誤差評定時不易找到理想的評定基線，現(xiàn)有的評定方法如兩端點連線法、最小區(qū)域法、最小二乘法都存在一定的原理誤差與計算誤差。因此，目前還沒有一種能夠有效避免原理誤差、偶然誤差、計算舍入誤差且能夠精確檢測出深孔直線度的方法與裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的：為準確檢測深孔直線度提供一種原理誤差小、采樣偶然誤差小、舍入誤差小的檢測裝置。

本實用新型采用如下的技術方案實現(xiàn)：

深孔直線度檢測裝置，包括檢測部分、進給部分、坐標定位部分以及數(shù)據(jù)處理部分，所述的檢測部分包括左端蓋、內六角沉頭螺釘、左彈簧、滑套、滾輪、桿系機構、左固定軸、左PSD、分光鏡、光學玻璃、入射光線、固聯(lián)座、選光板、成像錐鏡、左凸透鏡、右凸透鏡、分劃板、光源、移動電源、右端蓋、右彈簧、右固定軸、檢測框、過光板、步進電機、步進電機固定座、玻璃板和右PSD；所述的進給部分包括吊環(huán)、定滑輪、細繩、卷筒、機架、聯(lián)軸器和主步進電機；所述的坐標定位部分包括定位PSD、激光、激光準直系統(tǒng)、激光源；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號輸出線、信號輸入線、線卡、信號處理器、筆記本電腦。

所述的左端蓋與右端蓋均為圓形板，分別通過內六角沉頭螺釘安裝到左固定軸與右固定軸上，且左端蓋的直徑大于左固定軸的直徑；右端蓋的直徑大于右固定軸的直徑；所述的內六角沉頭螺釘應根據(jù)左端蓋與右端蓋及左固定軸與右固定軸的直徑選擇；所述的右端端蓋，在一面的中心設有安裝移動電源與光源的凹槽；另一面的中心設有吊環(huán)。

所述的左固定軸和右固定軸均在中心處開有較大的通孔；左固定軸內壁上沿母線方向設有線卡供排信號輸入線使用；右固定軸孔內安裝左凸透鏡、右凸透鏡和分劃板；所述的右凸透鏡安裝在距離光源一倍焦距處；所述的分劃板與右凸透鏡之間的距離應小于一倍焦距。

所述的左固定軸外表面設置有三套沿圓周方向等間距的桿系機構；左固定軸外表面套有滑套；所述的桿系機構由平面四桿機構與一根短桿組合而成；桿系機構上設有兩個滾輪；桿系機構通過鉸鏈連接左固定軸及滑套上。

所述的左彈簧為螺旋彈簧，左彈簧置于左端蓋與滑套之間，并保持一定的壓力推動桿系機構上的滾輪壓在深孔內壁上。

所述的右固定軸外表面設置有與上述相同的機構。

所述的右彈簧為螺旋彈簧，并保持一定的壓力。

所述的檢測框為圓柱形，檢測框上安裝有可供光線透過的光學玻璃。檢測框的左端面與左固定軸固連；檢測框的右端面與右固定軸固連；所述的檢測框右端面為圓形玻璃。

所述的左PSD安裝在檢測框左端面的內側；所述的分光鏡安裝在檢測框內；所述的玻璃板安裝在檢測框內；所述的右PSD安裝在玻璃板靠近分光鏡的一側；位置關系應滿足左PSD與分光鏡之間的距離小于分光鏡與右PSD之間的距離；左PSD與右PSD上的信號輸入線穿出檢測框，并經線卡的排列走線，最后連接到信號處理器上；經信號處理器處理過的信息通過信號輸出線輸出到筆記本電腦進行計算處理。

所述的成像錐鏡安裝在檢測框右端面的中心；同時滿足成像錐鏡與左凸透鏡之間的距離為左凸透鏡的一倍焦距。

所述的步進電機通過步進電機固定座安裝到過光板的中心；步進電機的輸出軸上裝配選光板。

所述的過光板為直徑略小于檢測框內徑的圓形薄板，且在沿圓周方向開有12個等間距的小孔；過光板中心處開有較大直徑的孔與步進電機的輸出軸相配；通過固聯(lián)座將過光板固定在檢測框內。

所述的選光板為圓形薄板，其直徑小于檢測框的內徑；選光板安裝在步進電機的輸出軸上；選光板上開有一個供光線通過的小孔。

經過成像錐鏡15反射后的光束能夠通過選光板14與過光板32上的小孔照射到深孔內壁上；且入射光線12經深孔內壁反射后能夠照射到分光鏡10上；分光鏡10將光線分為兩部分，一部分透過分光鏡10照射到左PSD9上；另一部經分光鏡10反射到右PSD36上；

所述的細繩為非彈性細繩，其一端系在吊環(huán)上，一端繞過定滑輪后系在卷筒上。

將所測深孔零件沿深孔母線方向劃分為n等份，在深孔的內表面得到n+1個深孔截面；以左PSD9的中心為原點建立相對坐標系，測算出深孔截面上多個點在該坐標系的橫坐標和縱坐標；將這些點的坐標利用阻尼牛頓法擬合一個理想的圓，其能滿足每個測點到該圓上的偏移量的平方和最??；所擬合圓的圓心即為該深孔截面處深孔實際軸線上的點。將擬合所得的圓心依次連接起來即得到深孔的實際軸線。

以左PSD9的中心為原點建立的相對坐標系；通過選光板14與過光板32配合的篩選作用，可測算出同一深孔截面邊界上多個點在相對坐標系下的坐標，將這些點的坐標經過計算處理，可得到所測深孔截面的實際圓心。以激光源45為原點建立大地坐標系，激光源45，激光準直系統(tǒng)44，激光43及定位PSD38組成定位系統(tǒng)，可以將檢測系統(tǒng)中檢測機構所建立的相對坐標系與大地坐標系聯(lián)系起來；將檢測系統(tǒng)中相對坐標系下測得的圓心坐標變換到大地坐標系下；然后根據(jù)大地坐標系下的深孔截面圓心來計算深孔直線度。

總之，本實用新型主要具有以下創(chuàng)新點：

深孔直線度檢測裝置，包括檢測部分、進給部分、坐標定位部分以及數(shù)據(jù)處理部分，所述的檢測部分包括左端蓋2、內六角沉頭螺釘3、左彈簧4、滑套5、滾輪6、桿系機構7、左固定軸8、左PSD9、分光鏡10、光學玻璃11、入射光線12、固聯(lián)座13、選光板14、成像錐鏡15、左凸透鏡16、分劃板17、右凸透鏡18、光源19、移動電源20、右端蓋22、右彈簧29、右固定軸30、檢測框31、過光板32、步進電機34、步進電機固定座33、玻璃板35和右PSD36；所述的進給部分包括吊環(huán)21、定滑輪23、細繩24、卷筒25、機架26、聯(lián)軸器27和主步進電機28；所述的坐標定位部分包括定位PSD 38、激光43、激光準直系統(tǒng)44、激光源45；所述的數(shù)據(jù)處理部分包括信號輸出線40、信號輸入線42、線卡37、信號處理器41、筆記本電腦39；

所述的左端蓋2與右端蓋22均為圓形板，分別通過內六角沉頭螺釘3安裝到左固定軸8與右固定軸30上，且左端蓋2的直徑大于左固定軸8的直徑；右端蓋22的直徑大于右固定軸30的直徑；所述的右端端蓋22，其一面的中心設有安裝移動電源20與光源19的凹槽；另一面的中心設有吊環(huán)21；所述的左固定軸8和右固定軸30均在中心處開有通孔；所述的右固定軸30孔內安裝右凸透鏡18、分劃板17和左凸透鏡16；所述的右凸透鏡18安裝在距離光源19一倍焦距處；所述的左固定軸8外表面設置有三套沿圓周方向等間距的桿系機構7；左固定軸8外表面套有滑套5；所述的桿系機構7由平面四桿機構與一根短桿組合而成；桿系機構7上設有兩個滾輪6；桿系機構7通過鉸鏈連接在左固定軸8及滑套5上；所述的左彈簧4為螺旋彈簧，安裝在左端蓋2與滑套5之間；裝配時使彈簧保持壓力以使桿系機構7上的滾輪6能夠一直壓在被測深孔的內壁上；所述的檢測框31為圓柱形，檢測框31上安裝有可供光線透過的光學玻璃11；檢測框31的左端面與左固定軸8固連；檢測框31的右端面與右固定軸30固連；所述的檢測框31右端面為圓形玻璃；

所述的左PSD9安裝在檢測框31左端面的內側；所述的分光鏡10安裝在檢測框31內；所述的玻璃板35安裝在檢測框31內；所述的右PSD36安裝在玻璃板35靠近分光鏡10的一側；位置關系應滿足左PSD9與分光鏡10之間的距離小于分光鏡10與右PSD36之間的距離；左PSD9與右PSD36上的信號輸入線42穿出檢測框31，并經線卡37的排列走線，最后連接到信號處理器41上；經信號處理器41處理過的信息通過信號輸出線40輸出到筆記本電腦39；所述的成像錐鏡15安裝在檢測框31右端面的中心；同時滿足成像錐鏡15與左凸透鏡16之間的距離為左凸透鏡16的一倍焦距；

所述的步進電機34通過步進電機固定座33安裝到過光板32的中心；步進電機34的輸出軸上裝配選光板14；所述的過光板32在沿圓周方向開有12個等間距的小孔；過光板32中心處開孔與步進電機34的輸出軸相配；通過固聯(lián)座13將過光板32固定在檢測框31內；選光板14安裝在步進電機34的輸出軸上；選光板14上開有一個供光線通過的小孔；經過成像錐鏡15反射后的光束能夠通過選光板14與過光板32上的小孔照射到深孔內壁上；且入射光線12經深孔內壁反射后能夠照射到分光鏡10上；分光鏡10將光線分為兩部分，一部分透過分光鏡10照射到左PSD9上；另一部經分光鏡10反射到右PSD36上；

所述的激光源45發(fā)出的激光43照射在定位PSD38上。

所述的右固定軸30外表面設置有與左固定軸外表面相同的機構。

所述的過光板32為直徑小于檢測框31內徑的圓形薄板。

所述的選光板14為圓形薄板，其直徑小于檢測框31的內徑。

本實用新型的有益效果：第一、利用激光與PSD檢測深孔截面上各點的坐標，檢測精度高。第二、利用平面桿系機構在彈簧壓力的作用下實現(xiàn)自定心有助于減小檢測過程中的操作誤差。第三、同一個深孔截面上測算了多個點的坐標，并用阻尼牛頓法尋優(yōu)求解深孔截面的圓心，有效地減小了偶然誤差。第四、利用步進電機來驅動選光板選擇可通過過光板的光束，有助于提高檢測效率。

附圖說明

圖1為檢測系統(tǒng)的示意圖，

圖2為過光板示意圖，

圖3為選光板示意圖，

圖4為坐標示意圖，

圖5為過光板上過光孔的示意圖，

圖6為由點擬合圓示意圖，

圖中：1-工件，2-左端蓋，3-內六角沉頭螺釘，4-左彈簧，5-滑套，6-滾輪，7-桿系機構，8-左固定軸，9-左PSD，10-分光鏡，11-光學玻璃，12-入射光線，13-固聯(lián)座，14-選光板，15-成像錐鏡，16-左凸透鏡，17-分劃板，18-右凸透鏡，19-光源，20-移動電源，21-吊環(huán)，22-右端蓋，23-定滑輪，24-細繩，25-卷筒，26-機架，27-聯(lián)軸器，28-主步進電機，29-右彈簧，30-右固定軸，31-檢測框，32-過光板，33-步進電機固定座，34-步進電機，35-玻璃板，36-右PSD，37-線卡，38-定位PSD，39-筆記本電腦，40-信號輸出線，41-信號處理器，42-信號輸入線，43-激光，44-激光準直系統(tǒng)，45-激光源。

具體實施方式

以下為本實用新型的一些具體實施方式，這些具體實施方式是用來說明本實用新型的，不對本實用新型做任何限制。

按照深孔直線度的測量原理設計的檢測系統(tǒng)，如圖1所示。主步進電機28通過驅動卷筒25旋轉，進而拉動細繩24。細繩24繞過定滑輪23系在檢測裝置右端的吊環(huán)21上。當主步進電機28旋轉時，細繩24拖著吊環(huán)21從工件1的左端向右端移動，逐點測量工件1深孔內表上的一系列點的坐標。檢測裝置左端有左端蓋2，右端有右端蓋22。左、右端蓋分別通過內六角沉頭螺釘3裝配到左固定軸8和右固定軸30上。左、右固定軸上都有滑套和桿系機構?；?一端固連在左彈簧4上，另一端固連在桿系機構7上。左彈簧4置于左端蓋2與滑套5之間，并保持一定的壓力推動桿系機構7上的滾輪6壓在深孔內壁上。右彈簧29置于右端蓋22與滑套5之間，并保持一定的壓力推動右端桿系機構上的滾輪壓在深孔內壁上。右端蓋22的中心位置設置移動電源20及光源19。光源19位于右凸透鏡18的焦點處，發(fā)出的光經過右凸透鏡18分散后射向分劃板17，形成若干平行光束。平行光束經過左凸透鏡16 聚焦后射向位于左凸透鏡16左邊一倍焦距處的成像錐鏡15。光束經過成像錐鏡15反射后射向選光板14與過光板32；當選光板14上的小孔與過光板32上的小孔沿光束方向對齊時，光束穿過檢測框31上的光學玻璃11照射到工件1內壁上。

選光板14通過鍵裝配在步進電機34的輸出軸上，步進電機34旋轉時，選光板14同步旋轉；步進電機34固定于步進電機固定座33，步進電機固定座33固連在過光板32上。固聯(lián)座13將過光板32固定在檢測框31上。

選光板14只開有一個小孔，如圖2所示；過光板32上沿周向間隔30°開有小孔，共有12個小孔，如圖3所示。當選光板14上的小孔與過光板32上的小孔沿光線射入方向對齊時，被成像錐鏡15反射的光線才能經過選光板14與過光板32。選出的光線透過光學玻璃11射向深孔內壁，經過深孔內壁的反射后，穿過光學玻璃11射到分光鏡10上。在分光鏡10的作用下，一部分光透過分光鏡10照射到左PSD(零件號9)上；一部分光經分光鏡10反射后照射到右PSD36上。安裝PSD時要保證左、右PSD中心的連線與左、右固定軸的軸線共線。PSD上的信號輸入線42從檢測框31上的線孔穿出后，經過線卡37的排線布置，進入左固定軸8中，然后按照圖1中的走線方式，進入到左端蓋2的線孔中，然后連接到信號處理器41上。信號處理器41將左、右PSD上光斑信號處理后經信號輸出線40輸入到筆記本電腦39中進行運算處理。

以左PSD9的中心為原點建立的相對坐標系；通過選光板14與過光板32配合的篩選作用，可測算出同一深孔截面邊界上多個點在相對坐標系下的坐標，將這些點的坐標經過計算處理，可得到所測深孔截面的實際圓心。激光源45，激光準直系統(tǒng)44，激光43及定位PSD38組成的定位系統(tǒng)，可以將檢測系統(tǒng)中檢測機構所建立的相對坐標系與大地坐標系聯(lián)系起來；將檢測系統(tǒng)中相對坐標系下測得的圓心坐標變換到大地坐標系下；然后根據(jù)大地坐標系下的深孔截面圓心來計算深孔直線度。