CN112642881A - 孔矫正装备与矫正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工领域，具体涉及孔矫正装备与矫正方法。矫正装备包括检测设备、矫直设备。检测设备有基准部分、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部分移动，通过探测部分绕支点的运动、由光斑及其变化信息获得孔的直线度。在矫直设备上分布有多个专用加力器，力的大小与各部位的误差有关。矫直方法的步骤为：第一，带孔工件运动，探测部分绕支点转动；显示光斑位置与孔的直线度；第二，加力器加力矫直，力的大小与误差有关。第三，多次检测与加力。所采用的方式有冷矫直或热矫直。本发明采用了光学放大原理，降低了探测部分绕自身轴线旋转带来的误差，检测与矫直精度高，摩擦小，可用于大、小直径孔。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及孔矫正装备与矫正方法。
背景技术
常见矫直器用来矫正矫直钢丝等线材直线度，在线材钢丝拉拔成型过程中，起到关键性物理作用，由微小导轮，调节螺丝，支架，垫片等构成。部分企业生产校直管材的设备，校校直轮、整圆轮布置在垂直、水平两个方向上，以两个平面对管进行整圆与校直，每根管有两组整圆轮。
发明内容
本发明的目的：提出一种能提高孔的检测与矫直精度的装备与方法，适用于带有大直径孔和小直径孔的工件。
本发明通过以下技术创新点实现。
1.孔矫正装备包括检测设备和矫直设备，其特征在于：检测设备有基准部分、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；支点可以在孔内或孔外；探测部分采用对称式结构或非对称式结构；探测部分是整体或分体式；带孔工件立式或卧式放置；在矫直设备上沿带孔工件表面的长度方向和圆周方向分布有多个专用加力器，形成专用加力器阵列；加力前测量各个加力部位偏离理想位置的误差；各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关。有加热装置或没有加热装置。
2.孔矫正方法包括检测设备、矫直设备和矫直方法，其特征在于：检测设备有基准部分、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；支点可以在孔内或孔外；探测部分采用对称式结构或非对称式结构；探测部分是整体或分体式；带孔工件立式或卧式放置；在矫直设备上沿带孔工件表面的长度方向和圆周方向分布有多个专用加力器，形成专用加力器阵列；加力前测量各个加力部位偏离理想位置的误差；各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关；矫直方法的步骤为：第一步，驱动装置或人手使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动，探测部分因孔各个部位偏离理想位置，即存在误差而绕支点转动；光学部分的光线及光斑随探测部分的运动而变化；读数部分显示光斑位置或其变换后的信息；第二步，多个专用加力器加力矫直带孔工件，各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关；所采用的方式有冷矫直或热矫直；第三步，必要时，移动带孔工件或转动带孔工件，重复检测或重复加力。有加热装置或没有加热装置。
3.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有驱动体；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。
4.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
5.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
6.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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，所述的驱动部分的驱动体为机床溜板或其它物体；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；分体式探测部分能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。
7.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，，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。
8.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
9.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
10.根据技术创新点1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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，探测杆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。
以下对本发明作进一步说明。
1、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，本发明检测精度高。
2、光线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，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。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。
3、光斑的变动量可以大于探测头的径向变动量。可以将孔的直线度误差显示得很清楚。有时，为了提高放大效果，所设计的支点可以进入孔内。
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。
5、在探测头以单边起作用(比如，探测头单边与孔壁接触)时，利用光斑变化也可以矫直带孔工件。
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。
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。
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。
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”。在本发明中，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。
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。
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。
13、带孔工件的运动可以为移动或旋转。
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。
15、在一个部位或多个部位向工件所加的力，依据孔轴线的直线度误差或其它形式的误差，由计算机按照算法确定。
本发明的有益效果：(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。(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，本发明精度很高。(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，探测头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)气压油雾润滑，摩擦磨损小。
附图说明
图1为光学部分与探测部分位于支点两侧的孔矫正装备与矫正方法的示意图。
图2为光学部分与探测部分位于支点一侧的孔矫正装备与矫正方法的示意图。
图中：1-带孔工件，2-驱动体，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
以下结合附图对本发明实施方式作进一步说明，具体实施方式不对本发明做任何限制。
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。
探测杆具体实施方式：探测杆内无孔或有孔。
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。
探测部分实施方式：整体式或分体式。
加力方式：一点加力、两点加力、多点加力。
Claims (10)
1.孔矫正装备包括检测设备和矫直设备，其特征在于：检测设备有基准部分、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；支点可以在孔内或孔外；探测部分采用对称式结构或非对称式结构；探测部分是整体或分体式；带孔工件立式或卧式放置；在矫直设备上沿带孔工件表面的长度方向和圆周方向分布有多个专用加力器，形成专用加力器阵列；加力前测量各个加力部位偏离理想位置的误差；各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关；有加热装置或没有加热装置。
2.孔矫正方法包括检测设备、矫直设备和矫直方法，其特征在于：检测设备有基准部分、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；支点可以在孔内或孔外；探测部分采用对称式结构或非对称式结构；探测部分是整体或分体式；带孔工件立式或卧式放置；在矫直设备上沿带孔工件表面的长度方向和圆周方向分布有多个专用加力器，形成专用加力器阵列；加力前测量各个加力部位偏离理想位置的误差；各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关；有加热装置或没有加热装置。矫直方法的步骤为：第一步，驱动装置或人手使带孔工件或探测部分相对于基准部分移动，探测部分因孔各个部位偏离理想位置，即存在误差而绕支点转动；光学部分的光线及光斑随探测部分的运动而变化；读数部分显示光斑位置或其变换后的信息；第二步，多个专用加力器加力矫直带孔工件，各个专用加力器施加力的大小与所在加力部位偏离理想位置的误差有关；所采用的方式有冷矫直或热矫直；第三步，必要时，移动带孔工件或转动带孔工件，重复检测或重复加力。
3.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，其特征在于：所述的基准部分有导向体；所述的驱动部分有驱动体；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。
4.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
5.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
6.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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，所述的驱动部分的驱动体为机床溜板或其它物体；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；分体式探测部分能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。
7.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，，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。
8.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
9.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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。
10.根据权利要求1或2所述的孔矫正装备与矫正方法，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，探测杆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。
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