一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统

本发明属于大型深孔零件几何形状误差在位测量领域，具体涉及一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统。

背景技术：

1、大型变截面深孔类零件是高端装备制造中的关键基础件，其圆度、直线度等几何形状误差直接影响整机性能与可靠性。然而，对此类零件进行高效率、高精度的几何形状误差测量一直面临显著困难。传统的离线人工测量需将零件从校直机上拆下，转运至三坐标测量机等专用设备进行检测。该过程不仅耗时耗力，而且工件在反复拆装和装夹中易引入定位误差，测量数据无法真实反映工件在校直工况下的实际状态，不利于工艺闭环控制。纯人工测量则依赖操作者的经验与熟练度，难以获取足够密度的数据点，无法全面、准确地评估整个深孔零件的形状误差分布。现有的一些深孔零件在位测量系统普遍缺乏对工件半径变化的自适应能力，当被测截面尺寸变化时，需要频繁人工干预或更换测量元件；同时，系统测量行程有限，难以完整覆盖变截面深孔表面的关键区域，导致截面轮廓数据和轴向测量点不足，制约了几何形状误差的完整提取。

2、因此，如何提供一种能够与校直机集成、具备工件半径自适应能力、且可实现高精度全自动测量的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，成为本领域技术人员需要考虑的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，本发明可以进行校直机上的大型深孔零件圆度、轴线直线度以及几何参数的在位测量，根据工件尺寸自适应调整测量位姿，实现对大型变截面深孔类零件的在位测量，具有测量精度高、效率高等优点，使用维护方便。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，包括运动模组、位移测量模块和壁厚测量模块，所述运动模组固定在校直机床的移动基座上，所述位移测量模块包括底板、接触式位移传感器和绝对式旋转编码器，所述底板与运动模组的移动端固定连接，所述底板上紧固连接有旋转轴，所述接触式位移传感器通过垫块固定在所述底板上，用于测量工件外圆轮廓数据，所述壁厚测量模块设置有摆板，所述摆板通过轴承可转动地套装在所述旋转轴上，以此使所述壁厚测量模块相对于所述位移测量模块具有旋转自由度，所述绝对式旋转编码器的空心轴与所述旋转轴的末端紧固连接，用于记录所述壁厚测量模块的旋转角度。

4、进一步的，所述运动模组包括z轴立柱、旋转电机、转盘、y轴立柱、y轴直线模组、连接板和z轴直线模组，所述z轴立柱与移动基座固定连接，所述旋转电机安装于所述z轴立柱的顶端，所述转盘与所述旋转电机的输出端连接，所述y轴立柱安装于所述转盘上，所述y轴直线模组安装于所述y轴立柱上，所述连接板安装于所述y轴直线模组的滑台上，所述z轴直线模组安装于所述连接板上，所述底板与所述z轴直线模组的滑台紧固连接。

5、进一步的，所述壁厚测量模块还包括导轨、滑块、挡块、压簧、超声探头、支架和滚轮，所述导轨紧固于所述摆板的正面，所述滑块滑动限定在导轨上；所述挡块紧固于所述摆板的正面且位于所述导轨的上端，所述压簧设置于所述挡块与所述滑块之间，所述压簧的一端固定于所述挡块的预留孔位中，另一端固定于所述滑块的顶端，以提供使所述滑块时刻压向工件表面的预紧力，所述超声探头通过超声探头夹具与所述滑块紧固连接，跟随所述滑块移动，用于测量工件壁厚，所述支架紧固于所述滑块的底端，所述滚轮转动安装于所述支架的底端预留孔位处，所述滚轮用于与工件表面接触，以引导所述超声探头随工件表面的起伏而自适应移动。

6、进一步的，所述位移测量模块还包括轴承安装结构和锁紧螺母，所述轴承安装结构包括设置于所述摆板上的一号端盖和二号端盖，所述轴承的外圈通过螺栓与所述一号端盖和二号端盖紧固连接，所述轴承的内圈与所述旋转轴过盈配合，以将所述摆板旋转连接于所述旋转轴上，所述锁紧螺母紧固于所述旋转轴的螺纹段上，用于对所述轴承进行轴向锁紧。

7、进一步的，所述位移测量模块还包括自适应拉紧组件，所述自适应拉紧组件包括挡销、第一号螺柱、第二号螺柱和拉簧，所述挡销紧固于所述底板上，所述第一号螺柱紧固于所述底板上，所述第二号螺柱紧固于所述壁厚测量模块的摆板后端，所述拉簧的两端分别勾挂于所述第一号螺柱和所述第二号螺柱上，通过调整所述摆板的旋转角度来改变两者间的距离，使所述拉簧产生预紧力，以此实现所述壁厚测量模块在工件表面施加接触力的自适应调整。

8、进一步的，还包括移动定位机构，所述移动定位机构包括校直机床身上的齿轮齿条机构与直线导轨，所述z轴立柱通过螺栓紧固于该齿轮齿条机构移动部件的基座上，使得整个测量系统能在机床轴向空间内移动定位。

9、进一步的，所述垫块上开设有通孔，所述接触式位移传感器穿过该通孔并紧固，其测头位于所述底板外侧，用于直接接触并测量工件外圆轮廓的跳动量。

10、进一步的，所述旋转电机为伺服电机，用于驱动所述转盘及连接于其上结构的整体旋转，以调节所述壁厚测量模块和位移测量模块相对于工件的测量位姿。

11、本发明的有益效果为：

12、1.本发明公开的校直机集成的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，相较于传统离线检测方法，不需要移动工件即可进行，消除了因工件二次装夹或位置变动引入的误差，缩短检测时间，保证了测量基准与加工基准的一致性，具有测量精度高、效率高的优点。

13、2.本发明公开的校直机集成的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，通过旋转机构与z轴模组的位姿调整，配合机床托辊的旋转，测量点集可完整覆盖工件表面，实现自动化测量。

14、3.本发明公开的校直机集成的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，采用了基于滑轮组、拉簧及压簧的壁厚自适应测量装置，使超声探头在测量时自动调整偏转角度，其测量轴线在弹簧回复力与机构约束下，通过被测截面圆心。这一自适应功能可以保证测量基准的稳定性与数据采集的一致性。

15、4.本发明公开的校直机集成的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，创新性地融合了接触式位移传感器、超声探头与绝对式旋转编码器等。接触式位移传感器负责测量工件外部轮廓信息，超声探头用于深孔零件壁厚信息测量，绝对式旋转编码器记录壁厚测量装置轴线角度信息。通过物理量几何约束处理多源数据，计算出测量圆截面内外轮廓数据以及内外圆圆心，拟合目标测量工件三维模型，实现对深孔零件圆度、轴线直线度、内外轮廓的综合精密检测，功能高度集成。

16、5.本发明公开的校直机集成的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，基于系统几何参数与实时采集的传感器数据，能够在测量过程中实时拟合轮廓数据，重建每个测量截面的内外圆轮廓，并最终拟合出工件的完整三维模型，实现了对圆度、轴线直线度等关键几何形状误差的在位、快速评估。

1.一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，包括运动模组、位移测量模块和壁厚测量模块，所述运动模组固定在校直机床的移动基座上，所述位移测量模块包括底板、接触式位移传感器和绝对式旋转编码器，所述底板与运动模组的移动端固定连接，所述底板上紧固连接有旋转轴，所述接触式位移传感器通过垫块固定在所述底板上，用于测量工件外圆轮廓数据，所述壁厚测量模块设置有摆板，所述摆板通过轴承可转动地套装在所述旋转轴上，以此使所述壁厚测量模块相对于所述位移测量模块具有旋转自由度，所述绝对式旋转编码器的空心轴与所述旋转轴的末端紧固连接，用于记录所述壁厚测量模块的旋转角度。

2.根据权利要求1所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述运动模组包括z轴立柱、旋转电机、转盘、y轴立柱、y轴直线模组、连接板和z轴直线模组，所述z轴立柱与移动基座固定连接，所述旋转电机安装于所述z轴立柱的顶端，所述转盘与所述旋转电机的输出端连接，所述y轴立柱安装于所述转盘上，所述y轴直线模组安装于所述y轴立柱上，所述连接板安装于所述y轴直线模组的滑台上，所述z轴直线模组安装于所述连接板上，所述底板与所述z轴直线模组的滑台紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述壁厚测量模块还包括导轨、滑块、挡块、压簧、超声探头、支架和滚轮，所述导轨紧固于所述摆板的正面，所述滑块滑动限定在导轨上；所述挡块紧固于所述摆板的正面且位于所述导轨的上端，所述压簧设置于所述挡块与所述滑块之间，所述压簧的一端固定于所述挡块的预留孔位中，另一端固定于所述滑块的顶端，以提供使所述滑块时刻压向工件表面的预紧力，所述超声探头通过超声探头夹具与所述滑块紧固连接，跟随所述滑块移动，用于测量工件壁厚，所述支架紧固于所述滑块的底端，所述滚轮转动安装于所述支架的底端预留孔位处，所述滚轮用于与工件表面接触，以引导所述超声探头随工件表面的起伏而自适应移动。

4.根据权利要求1所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述位移测量模块还包括轴承安装结构和锁紧螺母，所述轴承安装结构包括设置于所述摆板上的一号端盖和二号端盖，所述轴承的外圈通过螺栓与所述一号端盖和二号端盖紧固连接，所述轴承的内圈与所述旋转轴过盈配合，以将所述摆板旋转连接于所述旋转轴上，所述锁紧螺母紧固于所述旋转轴的螺纹段上，用于对所述轴承进行轴向锁紧。

5.根据权利要求1所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述位移测量模块还包括自适应拉紧组件，所述自适应拉紧组件包括挡销、第一号螺柱、第二号螺柱和拉簧，所述挡销紧固于所述底板上，所述第一号螺柱紧固于所述底板上，所述第二号螺柱紧固于所述壁厚测量模块的摆板后端，所述拉簧的两端分别勾挂于所述第一号螺柱和所述第二号螺柱上，通过调整所述摆板的旋转角度来改变两者间的距离，使所述拉簧产生预紧力，以此实现所述壁厚测量模块在工件表面施加接触力的自适应调整。

6.根据权利要求2所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，还包括移动定位机构，所述移动定位机构包括校直机床身上的齿轮齿条机构与直线导轨，所述z轴立柱通过螺栓紧固于该齿轮齿条机构移动部件的基座上，使得整个测量系统能在机床轴向空间内移动定位。

7.根据权利要求1所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述垫块上开设有通孔，所述接触式位移传感器穿过该通孔并紧固，其测头位于所述底板外侧，用于直接接触并测量工件外圆轮廓的跳动量。

8.根据权利要求2所述的一种用于校直机的大型深孔零件几何形状误差在位测量系统，其特征在于，所述旋转电机为伺服电机，用于驱动所述转盘及连接于其上结构的整体旋转，以调节所述壁厚测量模块和位移测量模块相对于工件的测量位姿。