深孔内径测量装置的结构设计文献综述

文献综述

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研究现状及发展趋势

随着当前蓬勃发展的加工业、制造业及航空业等，对小尺寸的孔类和轴类等零部件提出了更高精度的加工技术要求。与此同时，对其检测精度的要求也随之提高。在相同公差等级的要求下，孔类零部件和轴类零部件相比较而言，后者的检测要相对容易，前者的检测较为困难。深小孔或盲孔内的检测空间小，检测工具受到一定制约，加大了操作及调整的难度，影响检测速度。在检测普通孔时可以借助的工具较多，但在长径比较大而且孔内为非连续表面的情况下，检测孔内各处的内径值比较困难。由于在加工的过程中很难保证孔表面与口径孔深处截面口径相同，所以对检测设备也提出了更高的技术要求。因此，小口径深孔内径类精密零件的高精度检测是一一个较难且亟待解决的问题。

深孔的内径测量一直是制造工业中的一项重要内容。尤其对炮膛、火箭发动机壳体、长行程液压缸体这类对测量精度要求高、长径比大的工件，由于受到几何形状的限制，测量工具在其内部不能方便地进行操作和调整。此类工件的内径测量装置,国内目前多采用接触式结构，在其上设有测量杆，通过测量杆与圆孔内壁的贴合来实现内径测量。这类内径测量装置只能测量内径的大小，且由于测量工具的磨损或人为因素的影响，测量误差较大。此外，由于深孔类工件轴向尺寸较大，当横向放置时往往受其自重的影响发生弹性弯曲变形，造成深孔的圆度不足或同心度误差较大，也会令工件的内径测量产生误差。

对于孔的直径的测量，按测量结果获得方式，有直接测量、间接测量和综合测量等测量方法。按传感器与被测工件的接触方式可分为接触式测量和非接触式测量。常用方式有如下几种。

电动量测量:电动量仪是指把被测量转换成电信号再进行侧量的几何量测量的仪器。能用于测径的主要有电动测微仪和圆度仪。电子测微仪可以分为电感式、电容式、电接触式、光电式。目前电感、电容测微仪应用比较多，虽然电感、电容测微仪在测量精度和抗干扰能力上较以前己经有了很大的提高，但还是存在测量精度易受材料性质和外界干扰等问题。国防科大研制成功的电容三点法测量仪，在采用误差补偿和误差分离技术后，工件直径的测量不确定度达到了plusmn;0．8mu;m／100mm。圆度仪是测量被测孔横截面的圆形轮廓，然后通过最小二乘法等拟合算法来得到直径值。测量时，传感器测头与被测件孔表面接触，并随主轴一起绕被测件回转，被测表面偏离理想圆的起伏变化转换为电信号。缺点是存在主轴回转误差、接触力引起的弹性变形误差。直径测量不确定度达到plusmn;0．2mu;m。

气动量测量:用气动法测量孔径时，主要是气动塞规法，基本原理足将气动塞规测量头插入被测孔内，当气流通过气动塞规的喷嘴流经塞规和被测小孔之间的间隙时，因孔径的变化，会引起气体压力或流量的变化，通过测量压力和流量值的变化即可测出被测孔径的大小。这种方法精度可达1mu;m甚至更高。现今，国内外出现了数字式气动量仪，能够实现更加简便、精确的测量。

机械式测量:机械测量以机械传动的方式实现被测量的测量，常用的测量仪有游标卡尺、内径千分尺、内径百分表和千分表、内径测微仪等。这类测量仪的优点是结构简单、成本低廉，性能比较稳定，便于携带。缺点是通常要靠人工手动调整，目测结果，难以实现高精度的测量。此类测量仪器的不确定度大约为plusmn; 15 mu;m/100mm左右，适用于中等精度的孔径测量，是工厂车间使用较多的一种测量方法。

光学量测量:光学量仪在几何量测量领域里应用非常广泛，光学量仪顾名思义是采用光学法进行孔径的非接触测量，一般以线纹尺、光栅、激光干涉仪作为长度基准。光学法又包括光学投影放大、光学扫描、光散射法及光衍射法等。光学影像法是最基本的非接触式测量方法。用仪器目镜分划板上的刻线对被测孔的影像进行瞄准，即对被测轮廓的两边进行瞄准，并由仪器的测量装置读出读数，两次读数之差就足被测孔径值。对小孔，可采用双像法测量孔径。其测量极限误差一般为plusmn;3 p m。小孔径干涉仪是一种单触头接触式测量仪，其基本原理是应用接触式光波干涉法，将被测孔径与阶梯鼍块相比较后由干涉系统瞄准读数，所以它可获得较高的测量精度。采用这种方法测量时，应注意测头直径的选择和量块尺寸的确定。光学扫描法用的比较多的有激光扫描CCD成像法，量程可从几微米到几百毫米，但精度一般也都在微米数量级。以日本佳能的激光扫描测径系统CLTS为例，其测量量程在0．08mm至1 1 5mm，量程下限的测量精度为plusmn;0.3mu;m，分辨率为plusmn;0.1mu;m。量程上限的测量不确定度为plusmn;7mu;m，分辨率为plusmn;0．1mu;m，而美国ZYGO公司研制了量程为50mm，量程上限不确定度达到plusmn;0.25mu;m的激光扫描测径系统。