气缸测厚仪

377 编辑：中冶有色技术网来源：中北大学

2024-03-13 14:45:02

权利要求书： 1.气缸测厚仪，其特征在于：气缸位于形块上，所测气缸的壁厚H由光斑坐标、气膜厚度h1和H2得到；所述的H2是探测头下方气缸外圆的下母线上的点到形块槽底的距离；驱动机构使气缸相对于导轨移动或转动；探测杆上的探测头与孔壁之间存在气膜；光发射装置安装于探测头上，位于孔内或孔外；当气缸沿导轨运动时，探测杆、探测头绕第一运动副和第二运动副旋转；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；运算显示部分对光斑位置信息进行处理；第一运动副可以在孔内或孔外，只有一个旋转自由度；第二运动副只有一个旋转自由度；当探测杆脱离气缸时，位于下支撑、气体、上支撑上，或位于其下方没有气体的物体上，或自然下垂；压缩气体流过探测头气孔和上支撑气孔；探测头与孔壁之间气膜的厚度h1由光斑坐标和检测前已知壁厚的辅助气缸的参数得到；气压为Ps的气体，经放大阀(21)的阀口a，流到与探测杆相连的上支撑气孔，进入上支撑与下支撑之间的气腔，再经上支撑与下支撑之间的缝隙进入大气；压力为Ps的气体经阀口a后压力降至P，再经上述缝隙压力降至0；Ps的另一路经节流阀把气压降至Pd，流到探测头气孔，使探测头与孔壁之间形成厚度为h1的气膜；Pd还被引至放大阀(21)的中部；Ps还经定压阀(20)减压至恒定的气压Pc，并引至放大阀(21)的下部；PcA加弹簧力与PdA平衡，其中A为膜片的面积；当壁厚增加时，h1减小，Pd增加，阀芯(22)下降，开口a加大，P升高，通过上支撑气孔流入气腔的气体对探测杆向上的作用力加大，探测杆上移，光斑也上移；当壁厚减小时，探测杆下移，光斑也下移。

2.根据权利要求1所述的气缸测厚仪，其特征在于：光发射装置发出的光线穿过遮光罩一侧的孔，射向光接收装置，其上光斑的变动量大于探测头的径向位移。

3.根据权利要求1所述的气缸测厚仪，其特征在于：运算显示部分能输出壁厚、壁厚的方差、均值、中间值。

4.根据权利要求1所述的气缸测厚仪，其特征在于：由光学测距仪或机械测距仪获得气缸移动后的轴向坐标。

说明书：气缸测厚仪技术领域[0001] 本发明属于机械加工与检测领域，具体涉及气缸测厚仪。背景技术[0002] 现有技术检测气缸时，常常需要将百分表、千分表放入气缸内，比较适用于检测直径大的气缸，对于直径较小的气缸，不容易检测。且检测分辨率、精度和自动化程度低。现有检测中，接触式检测方法多，非接触式检测方法少。检测过程中，防止测量工具在孔内的旋转，利于加工误差的方位，对于控制质量是有意义的。发明内容[0003] 本发明的目的：设计气缸检测仪器，并针对测量工具在孔内旋转的问题，提供防止旋转的机构，探索非接触式检测，减少摩擦磨损。[0004] 本发明通过以下技术创新点实现。[0005] 1.气缸测厚仪，其特征在于：气缸位于形块上，所测气缸的壁厚H由H1、H2得到；所述的H1是探测头下方气缸内孔的下母线上的点到形块槽底的距离；所述的H2是探测头下方气缸外圆的下母线上的点到形块槽底的距离；驱动机构使气缸相对于导轨移动或转动；探测杆上的探测头与孔壁接触；光发射装置安装于探测头上，位于孔内或孔外；当气缸沿导轨运动时，探测杆、探测头绕第一运动副和第二运动副旋转；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；运算显示部分对光斑位置信息进行处理；第一运动副可以在孔内或孔外，只有一个旋转自由度；第二运动副只有一个旋转自由度；当探测杆脱离气缸时，位于下支撑、气体、上支撑上，或位于其下方没有气体的物体上，或自然下垂。

[0006] 2.气缸测厚仪，其特征在于：气缸位于形块上，所测气缸的壁厚H由光斑坐标、气膜厚度h1和H2得到；所述的H2是探测头下方气缸外圆的下母线上的点到形块槽底的距离；驱动机构使气缸相对于导轨移动或转动；探测杆上的探测头与孔壁之间存在气膜；光发射装置安装于探测头上，位于孔内或孔外；当气缸沿导轨运动时，探测杆、探测头绕第一运动副和第二运动副旋转；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；运算显示部分对光斑位置信息进行处理；第一运动副可以在孔内或孔外，只有一个旋转自由度：第二运动副只有一个旋转自由度；当探测杆脱离气缸时，位于下支撑、气体、上支撑上，或位于其下方没有气体的物体上，或自然下垂；压缩气体流过探测头气孔和上支撑气孔。

[0007] 3.根据权利要求2所述的气缸测厚仪，其特征在于，探测头与孔壁之间气膜的厚度h1由光斑坐标和检测前已知壁厚的辅助气缸的参数得到。[0008] 4.根据权利要求2所述的气缸测厚仪，其特征在于，气压为Ps的气体，经放大阀21的阀口a，流到与探测杆相连的上支撑气孔，进入上支撑与下支撑之间的气腔，再经上支撑与下支撑之间的缝隙进入大气；压力为Ps的气体经阀口a后压力降至P，再经上述缝隙压力降至0；Ps的另一路经节流阀把气压降至Pd，流到探测头气孔，使探测头与孔壁之间形成厚度为h1的气膜；Pd还被引至放大阀21的中部；Ps还经定压阀20减压至恒定的气压Pc，并引至放大阀21的下部；PcA加弹簧力与PdA平衡，其中A为膜片的面积；当壁厚增加时，h1减小，Pd增加，阀芯22下降，开口a加大，P升高，通过上支撑气孔流入气腔的气体对探测杆向上的作用力加大，探测杆上移，光斑也上移；当壁厚减小时，探测杆下移，光斑也下移。[0009] 5.根据权利要求1或2所述的气缸测厚仪，其特征在于：光发射装置发出的光线穿过遮光罩一侧的孔，射向光接收装置，其上光斑的变动量大于探测头的径向位移。[0010] 6.根据权利要求1或2所述的气缸测厚仪，其特征在于：运算显示部分能输出壁厚、壁厚的方差、均值、中间值。[0011] 7.根据权利要求1或2所述的气缸测厚仪，其特征在于，由光学测距仪或机械测距仪获得气缸移动后的轴向坐标。[0012] 以下对本发明作进一步说明。[0013] 1、认为导轨部分不存在误差。对于气缸移动的情况，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。[0014] 2、从理论上讲，所设计的光线位置与气缸孔的中心线可以不同轴。[0015] 3、从实际情况考虑，所设计的光线位置与气缸孔的中心线同轴，是比较合理的选择。如果所设计的光线位置不是与孔的中心线同轴，而是偏离孔的中心，则在检测过程中，有可能出现误判或检测误差。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，如果因为系统的变形，光线随光发射装置相对于气缸旋转了一定角度，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，从而产生误判或检测误差。因此，所设计的光线位置与孔的中心线同轴，可避免或减小光学部分相对气缸旋转所产生的不良影响。[0016] 4、由于探测部分绕第一运动副在空间内旋转，因此，光斑的变动量大于探测头的径向变动量。当第一运动副到探测头的距离越小时，放大作用越是明显。当第一运动副到探测头的距离越大时，放大作用越不明显。[0017] 7、探测部分脱离气缸时，可以有缓冲机构，能避免使探测部分损坏或变形。例如，如在标有h的气腔处，气体有压力，则可以起缓冲作用。[0018] 8、光学检测装置(例如激光测距仪)或机械检测装置检测气缸相对于基准部分的运动。便于准确确定各处坐标及其质量状况。[0019] 9、探测杆与光发射装置固连，可绕第一运动副旋转，第一运动副位于支撑上，支撑可绕第二运动副旋转。第一运动副、第二运动副分别只有一个旋转自由度，因此，从理论上讲，探测杆、探测头不能绕自身轴线相对工件旋转。所以，本装置带有防转机构。[0020] 10、光接收装置外有遮光罩，可以防止外部光线强弱变化影响检测结果。[0021] 11、在第一运动副或第二运动副处可设有间隙调整装置。[0022] 11、探测杆是整体或分体式，分体式探测杆能够被拆开、拆开后能够被组装为整体。[0023] 12、导轨可以是机床导轨或其它导向物体。[0024] 13、探测头采用淬火材料或硬质合金或宝石或金刚石等耐磨材料。[0025] 14、现有技术中，常常需要将百分表、千分表放到气缸内，只能测量较大直径的气缸，且人眼从孔内辨认检测数据比较困难。本发明可以将壁厚差在孔外显示，无百分表、千分表，可以检测的气缸直径较小。[0026] 15、测量前，选定一个已知壁厚的辅助气缸，使探测头与孔壁接触，得到光斑位置；然后通入设定压力的气体，使探测头与气缸壁不接触，形成气膜，获得新的光斑。根据新的光斑位置，求得气膜的厚度，便于后续测量。这个已知壁厚的辅助气缸，是专用于标定的工具。

[0027] 16、仪器中设有节流阀、定压阀、放大阀，利用了气体连通与反馈的原理。[0028] 本发明的有益效果：[0029] (1)光发射装置安装于探测头上，光发射装置的径向位移等于探测头的径向位移，光发射装置的径向位移不受探测杆变形的影响，利于提高检测精度。(2)光斑变动量大于探测头变动量，具有放大误差的作用，分辨率高，能提高检测精度，当第一运动副在孔内时，放大作用更为明显、有效。这是现有检测技术所没有的。(3)对于气缸移动的情况，检测过程中光发射装置到光敏传感器的距离是固定的，因此，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。(4)不需要将百分表、千分表等工具放入孔内，可测量小直径孔。(5)探测头与孔壁接触面积小，可防止运动干涉，且运动灵活。(6)探测头与孔壁可以不接触，能实现非接触式测量，摩擦磨损小。(7)设有遮光罩，外部光线强弱变化影响小。(8)所设计的光线位置与孔的中心线同轴，可避免或减小测量系统变形、热胀冷缩等因素的不良影响。(9)利用气体缓冲和保护探测杆、探测头。

附图说明[0030] 图1是气缸测厚仪的示意图。[0031] 图2是气缸与形块的示意图。[0032] 图3是气压原理图。[0033] 图中：1?气缸，2驱动机构，3?导轨，4?探测杆，5?探测头，6?运算显示部分，7?遮光罩，8?光接收装置，9?光线，10?光发射装置，11?探测头气孔，12?形块，13?上支撑气孔，14?上支撑，15?下支撑，16?第一运动副，17?第二运动副，18?支撑，19?节流阀，20?定压阀，21?放大阀，22?阀芯。具体实施方式[0034] 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。[0035] 第一运动副、第二运动副具体实施方式：带轴承或不带轴承。[0036] 探测头的具体实施方式：与孔壁接触或不与孔壁接触。