一種內孔檢測裝置及其檢測方法與流程

2023-04-24 11:52:11 1

本發明涉及換向器加工檢測領域，具體涉及一種檢測換向器內孔的內孔檢測裝置及其檢測方法。

背景技術：

換向器是電機中的重要部件，對換向器內孔的加工精度要求較高，特別是換向器內孔的圓度、換向器內孔與外圓的同柱度以及孔徑的公差要求極為嚴格，否則將直接影響電機的工作效率和使用壽命。傳統的換向器內孔檢測一般採用人工用千分尺進行檢測，受人為因素的影響，易造成工作效率低、檢測數據不準確、測量項目不齊全等影響。

對此，中國專利文獻CN203744964U公開了一種內孔檢測頭，其設有筒狀的殼體1′，頂杆2′經支座安裝在殼體1′的下端部內，頂杆2′的下端設有與頂杆2′錐度配合的測爪3′，頂杆2′上端套有平衡彈簧4′，頂杆2′上端與頂出氣缸5′的伸縮臂51′相連接，頂杆2′下端部設有檢測橫杆6′，頂杆2′一側殼體1′內設有檢測杆7′，檢測杆7′下端設有接觸式數字位移傳感器8′，接觸式數字位移傳感器8′與檢測橫杆6′相牴觸。該內孔檢測頭工作時，頂出氣缸5′向下頂出頂杆2′，測爪3′徑向向外張開以對換向器內孔進行檢測；檢測結束後頂出氣缸5′回縮，測爪3′在復位彈簧4′的作用下返回到初始位置。在此過程中，接觸式數字位移傳感器8′得出位移數據，並經過相應的計算得出內孔的直徑；再通過將測得的內孔直徑數據與標準環規為基準的數據進行比較，判斷是否在設定的容差範圍內，從而判斷檢測的換向器是否為合格品。

但是，上述內孔檢測頭因採用頂出氣缸5′作動，頂出氣缸5′對測爪3′的推力為衝擊推力，同時頂出氣缸5′的推力大小無法精準的控制，所以測爪3′施加在被檢測換向器上的載荷為衝擊載荷，此外，該檢測方式對工件放置面和檢測頭加載方向之間的垂直度和位置度要求很高，如果檢測頭和被檢測換向器未及時導正，則易造成檢測橫杆6′傳遞給接觸式數字位移傳感器8′的載荷過大，進而發生過載而停止工作，甚至會對被檢測換向器造成不可恢復的破壞，從而影響了該內孔檢測頭工作的穩定性以及測量精度。因此如何保證內孔檢測頭工作的穩定性，以提高測量精度成為了現如今亟待解決的問題。

技術實現要素：

為此，本發明要解決的技術問題在於克服現有技術的內孔檢測頭因測爪與被檢測換向器之間為衝擊載荷，進而易造成接觸式數字位移傳感器過載而影響工作穩定性的技術缺陷。

為此，根據第一方面，本發明提供一種內孔檢測裝置，用於檢測換向器的內孔，包括：檢測軸，換向器活動套設在檢測軸上，並且檢測軸的軸徑沿進給方向逐漸增大；傳感器，用於測量換向器的位移信號；彈性加載裝置，用於推動換向器在檢測軸上沿進給方向移動；處理器，與傳感器和彈性加載裝置電性連接，處理器根據位移信號運算得到換向器受到的作用力，以實時控制彈性加載裝置。

作為優選，彈性加載裝置包括彈性組件、壓頭和驅動裝置，其中，壓頭安裝在彈性組件上正對於檢測軸的一端，壓頭與彈性組件之間可以發生彈性壓縮；驅動裝置與彈性組件連接，並驅動彈性組件沿進給方向移動。

作為優選，彈性組件為彈簧測力計，彈簧測力計的伸縮杆的一端固定安裝有壓頭，伸縮杆的另一端固定連接有一安裝杆，安裝杆的末端設置有感應片；傳感器為感測感應片的位置並發送信號給處理器的雷射傳感器，傳感器與彈簧測力計的殼體相對固定設置。

作為優選，彈性加載裝置還包括基座，基座上設置有一安裝臺，彈性組件通過至少一安裝座固定安裝在安裝臺上；傳感器固定安裝在安裝臺上，並與彈性組件平行間隔設置。

作為優選，驅動裝置為伺服電機，基座上設置有滑塊以及安裝在滑塊上的滾珠絲槓，滾珠絲槓的一端與伺服電機的輸出軸連接，滾珠絲槓的另一端螺紋連接在滑塊上。

作為優選，驅動裝置為伺服電機，伺服電機的輸出軸末端固定有一齒輪；基座上沿壓頭的進給方向設置有一齒條，齒輪與齒條嚙合傳動。

作為優選，檢測軸位於壓頭套設的一端設置有供換向器插入的倒角，倒角位置的最大直徑大於換向器的最大容差直徑。

根據第二方面，本發明還提供一種內孔檢測方法，包括如下步驟：彈性加載，控制彈性加載裝置由初始位置沿進給方向移動，並推動換向器在檢測軸上沿進給方向移動，其中檢測軸的軸徑沿進給方向逐漸增大；數據檢測，檢測換向器在檢測軸上移動的位移量；數據處理，根據位移量分析得到換向器受到的壓力；結果判斷，判斷當換向器移動到預設位置時，壓力是否在壓力標準容差範圍內；和/或判斷當壓力達到預設值時，換向器的位移量是否在位移標準容差範圍內。

作為優選，在彈性加載的步驟中，彈性加載裝置包括彈性組件、壓頭和驅動裝置，其中，壓頭安裝在彈性組件上正對於檢測軸的一端，壓頭與彈性組件之間可以發生彈性壓縮；驅動裝置與彈性組件連接，並驅動彈性組件沿進給方向移動。

作為優選，數據檢測的步驟包括：記錄壓頭剛接觸到換向器時彈性組件的初始位移量；檢測換向器在移動過程中壓頭的收縮量以及彈性組件的工作位移量。

本發明提供的內孔檢測裝置及其檢測方法具有如下優點：

1.內孔檢測裝置，由於換向器活動套設在檢測軸上，並且檢測軸的軸徑沿進給方向逐漸增大，進而當換向器沿檢測軸移動時，換向器的通孔受到檢測軸的作用力逐漸增大，進而彈性加載裝置推動換向器沿進給方向移動的推力也逐漸增大；同時，由於處理器可以根據傳感器測得的位移信號運算得到換向器受到的作用力，以實時控制彈性加載裝置的加載情況，進而使得彈性加載裝置在加載過程中載荷呈線性平穩的增加，從而提高了內孔檢測裝置工作的穩定性以及測量精度。

2.內孔檢測裝置，由於壓頭安裝在彈性組件上正對於檢測軸的一端，驅動裝置驅動彈性組件沿進給方向移動，進而帶動壓頭沿進給方向移動以對換向器的端面施加壓力，使得換向器在檢測軸上沿進給方向移動；同時，又由於壓頭與彈性組件之間可以發生彈性壓縮，進而在壓頭對換向器施加壓力的過程中，壓頭受到換向器的反作用力而與彈性組件之間彈性壓縮，進而實現了對換向器的彈性加載，保證了檢測過程的穩定性。

3.內孔檢測裝置，由於彈性組件為彈簧測力計，彈簧測力計的伸縮杆的一端固定安裝有壓頭，另一端固定連接有一安裝杆，安裝杆的末端設置有感應片，進而當安裝在伸縮杆一端的壓頭受到換向器的反作用力時，壓頭沿進給的反方向相對彈簧測力計的殼體發生移動，固定連接在伸縮杆另一端的安裝杆同樣沿進給的反方向移動，以帶動感應片發生相對移動，從而傳感器通過感測感應片的位置並發送信號給處理器，來測得壓頭的壓縮量，並最終結合彈性組件的位移量來得到換向器在檢測軸上移動的位移量；同時採用彈簧測力計的方式，壓頭的壓縮量與壓頭受到的反作用力成正比，進而可以通過預設相應的計算公式來得到壓頭受到的反作用力，即得到了壓頭對換向器施加的作用力。

4.內孔檢測裝置，通過將彈性組件固定安裝在安裝臺上，傳感器固定安裝在安裝臺上，並與彈簧測力計平行間隔設置，進而實現了傳感器與彈簧測力計殼體之間的相對位置固定，以有效的測量出壓頭相對彈簧測力計的壓縮量。

5.內孔檢測裝置，由於驅動裝置為伺服電機；基座上設置有滑塊以及安裝在滑塊上的滾珠絲槓，滾珠絲槓的一端與伺服電機的輸出軸連接，滾珠絲槓的另一端螺紋連接在滑塊上，進而可以通過控制伺服電機的轉速來控制滑塊在滾珠絲槓上移動的速度和位移，從而精準的控制安裝在基座上的彈性組件沿進給方向移動的速度和位移。

6.內孔檢測裝置，由於檢測軸位於壓頭套設的一端設置有供換向器插入的倒角，使得當換向器在檢測軸上移動時，換向器的通孔受到檢測軸的作用力逐漸增大；同時，由於倒角位置的最大直徑大於換向器的最大容差直徑，進而使得檢測軸的倒角部分即為換向器在測量過程中可以在檢測軸上移動的位置，當換向器初始安裝位置超過倒角部分時，不用測量即可判定換向器為不合格品。

7.內孔檢測方法，通過數據檢測得到檢測換向器在檢測軸上移動的位移量，以及數據處理得到換向器受到的壓力，進而在測量的過程中能夠實時偵測得到換向器在不同位置時受到的壓力，從而使處理器能夠實時的做出響應來控制彈性加載裝置的加載情況，以保證在測量的過程中在加載過程中載荷呈線性平穩的增加，提高了檢測的穩定性以及測量的精度，最後再通過對結果判斷來得到檢測的結果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式的技術方案，下面根據本發明的具體實施例並結合附圖，對發明作進一步詳細說明。

圖1為現有技術內孔檢測頭的示意圖；

圖2為本發明實施例1中內孔檢測裝置的示意圖；

圖3為本發明實施例2中內孔檢測方法的流程圖。

圖中各附圖標記說明如下：

1′-殼體；2′-頂杆；3′-測爪；4′-平衡彈簧；

5′-頂出氣缸；51′-伸縮臂；6′-檢測橫杆；

7′-檢測杆；8′-接觸式數字位移傳感器；1-檢測軸；

2-傳感器；3-彈性加載裝置；31-彈性組件；311-伸縮杆；

312-安裝杆；313-感應片；32-壓頭；33-驅動裝置；

34-基座；341-安裝臺；342-安裝座。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。

實施例1

如圖2所示的內孔檢測裝置的一種具體實施方式，該內孔檢測裝置用於檢測換向器(圖未示)的內孔，包括檢測軸1、傳感器2、彈性加載裝置3以及處理器(圖未示)，其中，換向器活動套設在檢測軸1上，並且檢測軸1的軸徑沿進給方向逐漸增大；傳感器2用於測量換向器的位移信號；彈性加載裝置3用於推動換向器在檢測軸1上沿進給方向移動；處理器與傳感器2和彈性加載裝置3電性連接，處理器根據位移信號運算得到換向器受到的作用力，以實時控制彈性加載裝置3。

上述內孔檢測裝置，由於換向器活動套設在檢測軸1上，並且檢測軸1的軸徑沿進給方向逐漸增大，進而當換向器沿檢測軸1移動時，換向器的通孔受到檢測軸1的作用力逐漸增大，進而彈性加載裝置3推動換向器沿進給方向移動的推力也逐漸增大；同時，由於處理器可以根據傳感器2測得的位移信號運算得到換向器受到的作用力，以實時控制彈性加載裝置3的加載情況，進而使得彈性加載裝置3在加載過程中載荷呈線性平穩的增加，從而提高了內孔檢測裝置工作的穩定性以及測量精度。

具體的，檢測軸1位於壓頭套設的一端設置有供換向器插入的倒角，使得當換向器在檢測軸1上移動時，換向器的通孔受到檢測軸1的作用力逐漸增大；同時，倒角位置的最大直徑大於換向器的最大容差直徑，進而使得檢測軸1的倒角部分即為換向器在測量過程中可以在檢測軸1上移動的位置，當換向器初始安裝位置超過倒角部分時，不用測量即可判定換向器為不合格品。

除此之外，彈性加載裝置3包括彈性組件31、壓頭32、驅動裝置33和基座34，其中，壓頭32安裝在彈性組件31上正對於檢測軸1的一端，壓頭32與彈性組件31之間可以發生彈性壓縮；驅動裝置33與彈性組件31連接，並驅動彈性組件31沿進給方向移動；基座34上設置有一安裝臺341，彈性組件31通過至少一安裝座342固定安裝在安裝臺341上；傳感器2固定安裝在安裝臺341上，並與彈性組件31平行間隔設置。

將平行間隔設置的彈性組件31和傳感器2固定安裝在安裝臺341上後，傳感器2與彈簧測力計殼體之間的相對位置固定，可以有效精準的測量出壓頭32相對彈簧測力計的壓縮量；當驅動裝置33驅動彈性組件31沿進給方向移動時，安裝在彈性組件31上的壓頭32沿進給方向移動，並最終與換向器端面接觸以對換向器的端面施加壓力，使得換向器在檢測軸1上沿進給方向移動；同時，又由於壓頭32與彈性組件31之間可以發生彈性壓縮，進而在壓頭32對換向器施加壓力的過程中，壓頭32受到換向器的反作用力而與彈性組件31之間彈性壓縮，進而實現了對換向器的彈性加載，保證了檢測過程的穩定性。

作為可選的實施方式，彈性組件31為彈簧測力計，進而可以將檢測過程中換向器受到的作用力可視化而直接讀出，彈簧測力計的伸縮杆311的一端固定安裝有壓頭32，伸縮杆311的另一端固定連接有一安裝杆312，安裝杆312的末端設置有感應片313，即壓頭32與感應片313為剛性連接，進而當安裝在伸縮杆311一端的壓頭32受到換向器的反作用力時，壓頭32沿進給的反方向相對彈簧測力計的殼體發生移動，固定連接在伸縮杆311另一端的安裝杆312同樣沿進給的反方向移動，以帶動感應片313發生相對移動。

同時，傳感器2為感測感應片313的位置並發送信號給處理器的雷射傳感器，傳感器2與彈簧測力計的殼體相對固定設置，從而傳感器2感測感應片313的位置並發送信號給處理器，通過感測感應片313的位移量來得到壓頭32的壓縮量，並最終結合彈性組件31的位移量來得到換向器在檢測軸1上移動的位移量，即換向器的位移量為彈性組件31的位移量和壓頭32的收縮量之差；同時採用彈簧測力計的方式，壓頭32的壓縮量與壓頭32受到的反作用力成正比，進而可以通過預設相應的計算公式來得到壓頭32受到的反作用力，即得到了壓頭32對換向器施加的作用力。

作為可選的實施方式，驅動裝置33為伺服電機，基座34上設置有滑塊(圖未示)以及安裝在滑塊上的滾珠絲槓(圖未示)，滾珠絲槓的一端與伺服電機的輸出軸連接，滾珠絲槓的另一端螺紋連接在滑塊上，進而可以通過控制伺服電機的轉速來控制滑塊在滾珠絲槓上移動的速度和位移，從而精準的控制安裝在基座34上的彈性組件31沿進給方向移動的速度和位移。為了加強滾珠絲槓在安裝使用過程的穩定性，往往滾珠絲槓還需要通過一與伺服電機相對固定的軸承座安裝在該內孔檢測裝置中，進而採用伺服電機、滑塊、軸承座三處支撐的方式，提高了其安裝的穩定性。

作為變形的實施方式，驅動裝置33為伺服電機，伺服電機的輸出軸末端固定有一齒輪(圖未示)；基座34上沿壓頭32的進給方向設置有一齒條(圖未示)，齒輪與齒條嚙合傳動，進而通過齒輪齒條的嚙合傳動，來控制安裝在基座34上的彈性組件31沿進給方向移動。

實施例2

如圖2和圖3所示，為內孔檢測方法的一種實施方式，包括如下步驟：

彈性加載，控制彈性加載裝置3由初始位置沿進給方向移動，並推動換向器在檢測軸1上沿進給方向移動，其中檢測軸1的軸徑沿進給方向逐漸增大；

數據檢測，檢測換向器在檢測軸1上移動的位移量；

數據處理，根據位移量分析得到換向器受到的壓力；

結果判斷，判斷當換向器移動到預設位置時，壓力是否在壓力標準容差範圍內；和/或判斷當壓力達到預設值時，換向器的位移量是否在位移標準容差範圍內。

上述內孔檢測方法，通過數據檢測得到檢測換向器在檢測軸1上移動的位移量，以及數據處理得到換向器受到的壓力，進而在測量的過程中能夠實時偵測得到換向器在不同位置時受到的壓力，從而使處理器能夠實時的做出響應來控制彈性加載裝置3的加載情況，以保證在測量的過程中在加載過程中載荷呈線性平穩的增加，提高了檢測的穩定性以及測量的精度，並最後再通過判斷壓力是否在壓力標準容差範圍內，和/或換向器的位移量是否在位移標準容差範圍內，來判斷換向器是否為合格品。

具體的，在彈性加載的步驟中，彈性加載裝置3包括彈性組件31、壓頭32和驅動裝置33，其中，壓頭32安裝在彈性組件31上正對於檢測軸1的一端，壓頭32與彈性組件31之間可以發生彈性壓縮；驅動裝置33與彈性組件31連接，並驅動彈性組件31沿進給方向移動，進而當彈性組件31沿進給方向移動時，安裝在彈性組件31上的壓頭32沿進給方向移動，並最終與換向器端面接觸以對換向器的端面施加壓力，使得換向器在檢測軸1上沿進給方向移動；同時，又由於壓頭32與彈性組件31之間可以發生彈性壓縮，進而在壓頭32對換向器施加壓力的過程中，壓頭32受到換向器的反作用力而與彈性組件31之間彈性壓縮，進而實現了對換向器的彈性加載，保證了檢測過程的穩定性。

同時，數據檢測的步驟包括：

記錄壓頭32剛接觸到換向器時彈性組件31的初始位移量，即得到壓頭32的初始位置；

檢測換向器在移動過程中壓頭32的收縮量和彈性組件31的工作位移量。

在換向器移動的過程中，彈性組件31的移動距離即為工作位移量和初始位移量之差，由於壓頭32與彈性組件31之間可以發生彈性壓縮，壓頭32受到換向器的反向作用力後，會相對彈性組件31發生反向壓縮，進而換向器在檢測軸1上的實際移動距離即為彈性組件31的移動距離與壓頭32的收縮量之差，從而處理器可以根據初始位移量、收縮量和工作位移量的數據處理得到換向器在檢測軸1上移動的位移量。同時，由於壓頭32為彈性壓縮，進而壓頭32的收縮量與換向器受到的壓力成正比，從而可以通過設置相應的計算公式來處理得到換向器受到的壓力。

作為變形的實施方式，數據檢測的步驟包括：

檢測壓頭32剛接觸到換向器時彈性組件31的初始位移量；

檢測換向器在移動過程中彈性組件31的工作位移量以及換向器的位移量。

通過檢測彈性組件31的初始位移量以及工作位移量，即可得到彈性組件31在壓頭32抵頂換向器時彈性組件31的移動位移，同時結合換向器的位移量，即可得到壓頭32的收縮量，由於壓頭32為彈性壓縮，進而壓頭32的收縮量與換向器受到的壓力成正比，從而可以通過設置相應的計算公式來處理得到換向器受到的壓力。

除此之外，彈性組件31的位置檢測中，還可以通過設定的彈性組件31的原始位置，以及換向器在移動過程中彈性組件31的工作位移量，來得到彈性組件31的實際位置；然後結合壓頭32的收縮量來得到換向器在移動過程中的實際位置，進而可以實時有效的偵測每一時刻的換向器的位置，從而控制換向器移動到預設位置，以判斷該預設位置時，壓力是否在壓力標準容差範圍內。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。