CN110095104B - 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，包括导向杆，导向杆沿轴向开有凹槽，凹槽的两侧壁开有相互平行的滑槽，每个滑槽内均配设有一个滚轮，导向杆上固接有滚轮驱动装置，滚轮驱动装置驱动滚轮沿滑槽滚动，两个滚轮之间通过连接轴连接，连接轴上还活动连接有连接杆，连接杆的一端伸出凹槽外，连接杆的一端刚性连接有能检测管状工件管内母线的直线度的检测装置，具有适用性高的特点。

Description

小口径管状工件管内母线的直线度检测装置

技术领域

本发明属于管状工件检测技术领域，涉及小口径管状工件管内母线的直线度检测装置。

背景技术

随着管状工件检测技术的不断发展和应用，管状工件检测系统的研究越来越受到人们的关注和重视，而管状工件在军事或者工业生产中都有大量的应用，尤其是小口径管状工件的应用越来越广泛，如火炮身管，运输管等。然而，对于这些管状工件的内表面母线(素线)，其直线度相对外表面母线直线度而言不仅难以保证，而且由于小口径管自身的局限性也不便检测，但就使用而言，小口径管状工件内表面的参数检测是不可或缺的，这些参数的精度优劣直接影响了工件的使用情况。管状工件内表面的几何参数检测包括缺陷检测和形位误差检测两个方面，其中，母线的直线度误差检测就是属于形位误差检测。

目前，管状工件内母线直线度的检测方法主要有空气塞规法、超声检测法、光学检测法等，但这些检测方法有的检测装置过大，有的受检测环境的限制，有的检测精度较低，大多不适合高精度检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，具有适用性高的特点。

本发明所采用的技术方案是，小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，包括导向杆，导向杆沿轴向开有凹槽，凹槽的两侧壁开有相互平行的滑槽，每个滑槽内均配设有滚轮，导向杆上固接有滚轮驱动装置，滚轮驱动装置能驱动滚轮沿滑槽滚动，滑槽内的滚轮之间连接有连接轴，连接轴上还活动连接有连接杆，连接杆的一端伸出凹槽外，连接杆的一端刚性连接有能检测管状工件管内母线的直线度的检测装置。

本发明的特点还在于：

驱动装置包括安装板，安装板位于靠近导向杆的一端处，安装板上固接有驱动电机，导向杆上开有圆孔，圆孔位于靠近导向杆的一端处，圆孔与导向杆上的凹槽相连通，驱动电机的主轴穿过圆孔伸入导向杆的凹槽内，驱动电机主轴上固接有驱动轮，驱动轮位于导向杆的凹槽内，导向杆的凹槽内固接有从动轮，从动轮位于靠近导向杆的另一端处，从动轮和驱动轮之间通过齿形带连接，每个滚轮均位于从动轮和驱动轮之间，齿形带的两端固定在连接轴上。

齿形带的两端通过皮带接头连接，皮带接头固定在连接轴上。

检测装置包括辅助支撑箱，辅助支撑箱的顶板与连接杆连接，辅助支撑箱的顶板内壁固接有电磁铁a，辅助支撑箱的底板内壁固接有电磁铁b，辅助支撑箱的内部设有水平基准板，水平基准板与辅助支撑箱的底板相平行，水平基准板的长边与导杆的凹槽同向，水平基准板上沿长边向设有两个大头螺栓，每个大头螺栓均贯穿水平基准板和辅助支撑箱的底板后伸出辅助支撑箱外，每个大头螺栓与水平基准板的顶面之间均配设有垫片，每个大头螺栓与水平基准板的低面之间均配设有螺母，螺母位于辅助支撑箱内，水平基准板的顶面固接有倾角传感器，倾角传感器信号连接有远程控制器，水平基准板的顶面还固接有电源控制器，电源控制器电连接电磁铁a，电源控制器电连接电磁铁b，电源控制器信号连接远程控制器。

水平基准板上沿长边向开有长槽a，辅助支撑箱的底板上有开槽b，开槽b与长槽a大小相同，开槽b与长槽a位置相对应，开槽b的两侧沿开槽 b向均匀开有若干螺纹孔，每个大头螺栓均贯穿长槽a和开槽b后伸出辅助支撑箱外，辅助支撑箱底板表面配设有限位片，限位片的中心开有圆孔，一个大头螺栓穿过圆孔，圆孔与大头螺栓间隙配合，圆孔的两侧开有槽c，槽 c贯穿限位片，槽与c辅助支撑箱底板的螺纹孔相对应，限位片上配设有若干螺钉，螺钉穿过槽c的后与螺纹孔螺纹连接。

每个大头螺栓伸出辅助支撑箱的一端均装有球头柱脚。

导向杆的表面沿凹槽两侧分别固接有限位块。

连接杆的一端连接有U型件，U型件相对的两个侧壁均开有通孔，两个侧壁的通孔同轴，通孔的直径与连接轴的直径大小相同，连接轴一端固定在一个滚轮上，连接轴的另一端穿过两个通孔固接在另一个滚轮上。

导向杆的两端均卡接有卡盘，导向杆靠近安装板的一端通过卡盘卡接有支座，导向杆另一端通过卡盘卡接有底座，底座上配设有V型架，V型架位于检测装置的下方。

本发明的有益效果是，本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，通过测量组件与被测管状工件的母线以两点式接触的方式，代替了传统节距测量法的板桥，提高了传统节距法测量直线度的测量精度，具有适用性高、检测精度高的特点，提高了测量直线度的测量精度，减小了对测量面和测量装置的磨损。

附图说明

图1为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的侧面剖视图；

图2为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置主剖视图；

图3为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的辅助支撑箱底视图；

图4为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置工作示意图；

图5为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置与待测管状工件母线未接触时的剖面图；

图6为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置放置于待测管状工件内的剖面图；

图7为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置与待测管状工件母线接触时的剖面图；

图8为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的测量节距调整时的主剖视图；

图9为本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的导向杆与被测母线有小角度偏差时的剖面图。

图中，1.导向杆，2.滚轮，3.连接轴，4.齿形带，5.皮带接头，6.驱动电机，7.电机安装板，8.驱动轮，9.从动轮，10.限位开关，11.连接杆，12.辅助支撑箱，13.限位块，14.电磁铁a，15.大头螺栓，16.垫片，17.倾角传感器，18.水平基准板，19.螺母，20.球头柱脚，21.电磁铁b，22.限位片，23.被测工件，24.V型架，25.卡盘，26.底座，27.支座，28.电源控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明 小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，如图1所示，包括导向杆1，导向杆1沿轴向开有凹槽，导向杆1的表面沿凹槽两侧分别固接有限位块13，凹槽的两侧壁开有相互平行的滑槽，每个滑槽内均配设有滚轮2，导向杆1上固接有滚轮驱动装置，滚轮驱动装置能驱动滚轮2沿滑槽滚动，滑槽内的滚轮2之间有连接轴3，连接轴3上还活动连接有连接杆 11，连接杆11的一端伸出凹槽外，连接杆11的一端刚性连接有能检测管状工件管内母线的直线度的检测装置，连接杆11的一端连接有U型件，U型件相对的两个侧壁均开有通孔，两个侧壁的通孔同轴，通孔的直径与连接轴 3的直径大小相同，连接轴3一端固定在一个滚轮2上，连接轴3的另一端穿过两个通孔固接在另一个滚轮2上，如图2所示，驱动装置包括安装板7，安装板7位于靠近导向杆1的一端处，安装板7上固接有驱动电机6，导向杆1上开有圆孔，圆孔位于靠近导向杆1的一端处，圆孔与导向杆1上的凹槽相连通，驱动电机6的主轴穿过圆孔伸入导向杆1的凹槽内，驱动电机6 主轴上固接有驱动轮8，驱动轮8位于导向杆1的凹槽内，导向杆1的凹槽内固接有从动轮9，从动轮9位于靠近导向杆1的另一端处，每个滚轮2均位于从动轮9和驱动轮8之间，从动轮9和驱动轮8之间通过齿形带4连接，齿形带4的两端固定在连接轴3上，齿形带4的两端通过皮带接头5连接，皮带接头5固定在连接轴3上，检测装置包括辅助支撑箱12，辅助支撑箱 12的顶板与连接杆11连接，辅助支撑箱12的顶板内壁固接有电磁铁a14，辅助支撑箱12的底板内壁固接有电磁铁b21，辅助支撑箱12的内部设有水平基准板18，水平基准板18与辅助支撑箱12的底板相平行，水平基准板 18的长边与导杆1的凹槽同向，水平基准板18上沿长边向设有两个大头螺栓15，每个大头螺栓15均贯穿水平基准板18和辅助支撑箱12的底板后伸出辅助支撑箱12外，每个大头螺栓15与水平基准板18的顶面之间均配设有垫片16，每个大头螺栓15与水平基准板18的底面之间均配设有螺母19，螺母19位于辅助支撑箱12内，水平基准板18的顶面固接有倾角传感器17，倾角传感器17信号连接有远程控制器，水平基准板18的顶面还固接有电源控制器28，电源控制器28电连接电磁铁a14，电源控制器28电连接电磁铁 b21，电源控制器28信号连接远程控制器，水平基准板18上沿长边向开有长槽a，辅助支撑箱12的底板上有开槽b，长槽a与开槽b大小相同，长槽 a与开槽b位置相对应，开槽b的两侧沿开槽b向均匀开有若干螺纹孔，每个大头螺栓15均贯穿长槽a和开槽b后伸出辅助支撑箱12外，如图3所示，辅助支撑箱12底板表面配设有限位片22，限位片22的中心开有圆孔，一个大头螺栓15穿过圆孔，圆孔与大头螺栓15间隙配合，圆孔的两侧开有槽c，槽c贯穿限位片22，槽与c辅助支撑箱12底板的螺纹孔相对应，限位片22 上配设有若干螺钉，螺钉穿过槽的后与螺纹孔螺纹连接，螺钉穿过长槽c的后安装于螺纹孔并压紧限位片22，每个大头螺栓15伸出辅助支撑箱12的一端均装有球头柱脚20，如图4所示，导向杆1的两端均卡接有卡盘25，导向杆1靠近安装板7的一端通过卡盘25卡接有支座27，导向杆另一端通过卡盘25卡接有底座26，底座26上配设有V型架24，V型架24位于检测装置的下方。

小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，通过驱动轮8和从动轮9 之间配设有齿形带4，齿形带4的两端通过皮带接头5连接，皮带接头5固定在连接轴3上，从而实现由于齿形带4的转动带动连接轴3和滚轮2随导向杆1的前后移动，限位块13的设置，限制了辅助支撑箱12随导向杆1凹槽内的连接轴3偏转的自由度，使辅助支撑箱12仅依靠连接杆11偏摆，限位片22的设置，方便调节两个大头螺栓15之间的间距，支座27卡接卡盘 25，底座26卡接卡盘25，导向杆1的两端卡接有卡盘25，使装置可拆卸便于安放和更换待测工件，V型架24可替换和调节，便于待测工件的调整，电源控制器28和倾角传感器17信号连接有远程控制器，便于倾角传感器17 测出的数据统计和电源的控制。

小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，如图5所示，在未测量时电源控制器28控制电磁铁14通电产生电磁力与大头螺栓15吸合，实现将两个大头螺栓15及与15安装在一起的水平基准板18的抬起，从而使得两个球头柱脚20与测量母线分离，然后对导向杆1、V型架24、底座26与待测管状工件23进行位置的调整，如图6所示，确保两个球头柱脚20能够落在待测管状工件23管内的母线上，但又不能靠得过近导致测量组件没有可以调整的范围；这些测量准备工作完成后，开启驱动电机6带动辅助支撑箱 12及水平基准板18(包括安装于其上的倾角传感器17)一起运动至测量起始位置，电机6停止运转，准备测量；测量时，如图7所示，电源控制器28 控制电磁铁14断电，电源控制器28控制电磁铁21通电，产生方向向下得电磁力，使安装于水平基准板18上的两个球头柱脚20与待测管状工件23 内的母线可靠接触，倾角传感器17测量该位置母线的倾角，在完成这个测量位置的测量后，如图8和图9所示，电源控制器28控制电磁铁14通电，使得测量组件包括两个球头柱脚20抬起，脱离待测管状工件23管内的母线，电机6再次运转，带动辅助支撑箱12及水平基准板18(包括安装于其上的倾角传感器17)一起沿母线方向移动一个节距的距离，使第二次测量点的第一个钢珠的位置与第一次测量时第二个钢珠的位置重合，此时电机停止运转，进行第二次测量倾角，完成第二个位置数据测量，按此规律依次完成整条母线的测量，通过对原始测量数据的无线传输和用最小二乘法进行拟合处理，描点作图分析，利用最小条件评定方法即可得出被测母线的直线度误差。

小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的测量原理如下：以两个球头柱脚的球心距为节距，通过设置驱动电机的转数来控制测量组件以节距的距离向前移动，在进行测量时，倾角传感器结合水平基准板，通过水平基准板来将两个与被测母线相接触的测量球头柱脚的高度变化(该高度变化反映被测母线的起伏状态)转化为与水平基准板的角度差，利用倾角传感器可以感知并测量出当前测量点相对于水平基准板的角度差，进而得到一个测量点的测量数据；在完成一个测量位置的测量后，测量组件沿母线方向移动一个节距的距离进行下一次测量，使第二次测量点的第一个球头柱脚的位置与第一次测量时第二个球头柱脚的位置重合，进行第二次倾角测量，得到第二个位置的角度差，按此规律依次完成整条母线的测量，通过对测量数据进行采集、存储、处理等环节，利用作图分析从而得出被测母线的直线度误差。因为测量时依靠的是两个测量球头柱脚与被测母线接触的高度变化引起水平基准板的倾角变化，从而测量出被测母线直线度，所以并不依赖测量导向杆的直线度，因此即使导向杆的直线度有变化也不会影响测量的精度。

小口径管状工件管内母线的直线度检测装置的优点在于：

1.导向杆的内部设有滚轮、连接轴、齿形带、驱动轮和从动轮，通过驱动电机的正反转运动带动皮带的顺时针或逆时针运动，从而实现带动测量装置的前进或后退，用电动测量代替了传统的手动测量，并且两侧滚轮起到支撑和减小摩擦的作用。

2.由于活动铰链的存在，使辅助支撑箱可以随着导向杆移动的过程中可以左右偏摆一定角度，该角度远远大于直线度的形位误差，从而保证了测量精度，且导向杆与待测母线有小角度偏差时也不会影响测量精度，同时限位块的存在使辅助支撑箱不会绕连接轴发生偏摆；辅助支撑箱由U型材和上盖板组成，通过螺钉连接，便于拆卸、调节、检验和维护该检测装置。

3.测量组件中大头螺栓与水平基准板之间有垫片相隔，保护水平基准板避免受力挤压变形；且大头螺栓和水平基准板均是由铁磁性材质制成，以保证能产生良好的电磁力；水平基准板的上表面装有倾角传感器，便于对测量数据的采集、存储和处理；两个大头螺栓通过间隙配合穿过U型材底板的长槽孔；球头柱脚实现了与测量面的点接触，代替了传统测量的面接触或线接处，提高了测量精度。

4.水平基准板的长形槽和U型材底板的长槽孔使两个大头螺栓之间的距离可以调节，从而使测量节距可变；水平基准板上带有刻度，便于测量节距的调节，在进行测量时由于底部限位片的作用，当测量节距小于最大测量节距时，防止测量组件在辅助支撑箱内前后移动，引起测量误差。

5.辅助支撑箱内上下均装有电磁铁，在测量过程中顶部电磁铁吸附大头螺栓将测量组件托起，防止测量运动时球头柱脚与工件母线发生摩擦从而损伤工件表面。

6.该测量装置的底座和支座可以分离，便于安装和拆卸待测工件；导向杆通过卡盘固定，防止测量时导向杆震动影响测量精度；V型架可更换，以便测量不同直径和长度的小口径管状工件。

Claims (6)

1.小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，包括导向杆(1)，所述导向杆(1)沿轴向开有凹槽，所述凹槽的两侧壁开有相互平行的滑槽，每个所述滑槽内均配设有滚轮(2)，所述导向杆(1)上固接有滚轮驱动装置，所述滚轮驱动装置能驱动滚轮(2)沿滑槽滚动，所述滑槽内的滚轮(2)之间连接有连接轴(3)，所述连接轴(3)上还活动连接有连接杆(11)，所述连接杆(11)的一端伸出凹槽外，所述连接杆(11)的一端刚性连接有能检测管状工件管内母线的直线度的检测装置；

所述检测装置包括辅助支撑箱(12)，所述辅助支撑箱(12)的顶板与连接杆(11)连接，所述辅助支撑箱(12)的顶板内壁固接有电磁铁a(14)，所述辅助支撑箱(12)的底板内壁固接有电磁铁b(21)，所述辅助支撑箱(12)的内部设有水平基准板(18)，所述水平基准板(18)与辅助支撑箱(12)的底板相平行，所述水平基准板(18)的长边与导杆(1)的凹槽同向，所述水平基准板(18)上沿长边向设有两个大头螺栓(15)，每个所述大头螺栓(15)均贯穿水平基准板(18)和辅助支撑箱(12)的底板后伸出辅助支撑箱(12)外，每个所述大头螺栓(15)与水平基准板(18)的顶面之间均配设有垫片(16)，每个所述大头螺栓(15)与水平基准板(18)的底面之间均配设有螺母(19)，所述螺母(19)位于辅助支撑箱(12)内，所述水平基准板(18)的顶面固接有倾角传感器(17)，所述倾角传感器(17)信号连接有远程控制器，所述水平基准板(18)的顶面还固接有电源控制器(28)，所述电源控制器(28)电连接电磁铁a(14)，所述电源控制器(28)电连接电磁铁b(21)，所述电源控制器(28)信号连接远程控制器；

所述水平基准板(18)上沿长边向开有长槽a，所述辅助支撑箱(12)的底板上有开槽b，所述开槽a与长槽b大小相同，所述开槽b与长槽a位置相对应，所述开槽b的两侧沿开槽b向均匀开有若干螺纹孔，每个所述大头螺栓(15)均贯穿长槽a和开槽b后伸出辅助支撑箱(12)外，所述辅助支撑箱(12)底板表面配设有限位片(22)，所述限位片(22)的中心开有圆孔，一个所述大头螺栓(15)穿过圆孔，所述圆孔与大头螺栓(15)间隙配合，所述圆孔的两侧开有槽c，所述槽c贯穿限位片(22)，所述槽c与辅助支撑箱(12)底板的螺纹孔相对应，所述限位片(22)上配设有若干螺钉，所述螺钉穿过槽c的后与螺纹孔螺纹连接；

每个所述大头螺栓(15)伸出辅助支撑箱(12)的一端均装有球头柱脚(20)。

2.如权利要求1所述的小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，所述驱动装置包括安装板(7)，所述安装板(7)位于靠近导向杆(1)的一端处，所述安装板(7)上固接有驱动电机(6)，所述导向杆(1)上开有圆孔，所述圆孔位于靠近导向杆(1)的一端处，所述圆孔与导向杆(1)上的凹槽相连通，所述驱动电机(6)的主轴穿过圆孔伸入导向杆(1)的凹槽内，所述驱动电机(6)主轴上固接有驱动轮(8)，所述驱动轮(8)位于导向杆(1)的凹槽内，所述导向杆(1)的凹槽内固接有从动轮(9)，所述从动轮(9)位于靠近导向杆(1)的另一端处，所述从动轮(9)和驱动轮(8)之间通过齿形带(4)连接，每个所述滚轮(2)均位于从动轮(9)和驱动轮(8)之间，所述齿形带(4)的两端固定在连接轴(3)上。

3.如权利要求2所述的小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，所述齿形带(4)的两端通过皮带接头(5)连接，所述皮带接头(5)固定在连接轴(3)上。

4.如权利要求1所述的小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，所述导向杆(1)的表面沿凹槽两侧分别固接有限位块(13)。

5.如权利要求1所述的小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，所述连接杆(11)的一端连接有U型件，所述U型件相对的两个侧壁均开有通孔，所述两个侧壁的通孔同轴，所述通孔的直径与连接轴(3)的直径大小相同，所述连接轴(3)一端固定在一个滚轮(2)上，所述连接轴(3)的另一端穿过两个通孔固接在另一个滚轮(2)上。

6.如权利要求1所述的小口径管状工件管内母线的直线度检测装置，其特征在于，所述导向杆(1)的两端均卡接有卡盘(25)，所述导向杆(1)靠近安装板(7)的一端通过卡盘(25)卡接有支座(27)，所述导向杆另一端通过卡盘(25)卡接有底座(26)，所述底座(26)上配设有V型架(24)，所述V型架(24)位于检测装置的下方。

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