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技术领域

本发明属于机电一体化测试技术，具体的说是一种多维高精度孔径热变形自动测量系 统。

背景技术

对于机械领域，在某些情况下相互配合的孔和轴需采用不同材料。不同材料的热膨胀 系数不同将会导致不同温度下孔轴配合状态发生变化，影响机械设备的功能、性能，严重 时将引起机械设备的失效。因此当相互配合的孔和轴采用不同材料时，应对孔、轴在不同 温度下的内、外径热变形进行测量，以确定它们在不同温度下的配合状态。其中对于孔径 热变形的测量，存在测量精度要求高，测量环境温度高等特点，无法由人工直接测量完成， 而专门针对孔径热变形的自动测量系统国内尚未出现。

发明内容

本发明提供一种结构简单的用于精密测量机械零部件圆孔孔径热变形的测量系统，填 补了国内孔径热变形专用自动测量系统的空白。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种多维高精度孔径热变形自动测量系统，该测量系统包括测、控温系统、定位与调 整系统、测量旋转驱动系统、微变形测量系统和温度、位移数据采集系统；所述的微变形 测量系统、定位与调整系统和测温系统中的热电阻测头9均设置在测、控温系统中的环境 温度控制仓1内；所述的测量旋转驱动系统固定在定位与调整系统上；所述的温度、位移 数据采集系统与测、控温系统中的电阻测头9和微变形测量系统中的电涡流位移传感器14 相连；所述的微变形测量系统固定在定位与调整系统的下端。

所述的定位与调整系统包括支架5、滑轨6、滑块3、定位基座10和可伸缩式万向节传 动轴4；所述的测量旋转驱动系统包括步进电机2、步进电机控制器和步进电机驱动器；所 述的微变形测量系统还包括底座8、测头15、传感器固定架13、压缩弹簧11和测量板12； 所述的定位与调整系统包括支架5、滑轨6、滑块3、定位基座10和可伸缩式万向节传动轴 4；所述的步进电机控制器与步进电机驱动器相连；所述的步进电机驱动器与步进电机2相 连；所述的滑块3与步进电机2固定连接并且能沿着滑轨6滑动；所述的可伸缩万向节传 动轴4一端与步进电机2的转轴相连，另一端固定在定位基座10上；所述的底座8与定位 基座10固定；所述的热电阻测头9固定在定位基座10内；所述的滑轨6固定在支架5上； 所述的滑块3固定在滑轨6上；所述的测头15与底座8上的孔配合，一端与被测样件7的 孔壁相接触，另一端与测量板12和传感器固定架13固定连接；所述的电涡流位移传感器 14固定在传感器固定架13上；所述的压缩弹簧11设置在传感器固定架13和测量板12之 间。

所述的定位基座10外径采用能适应不同被测孔径的阶梯式结构。

本发明的有益效果为：本发明可在(-40～120)℃环境温度下正常工作，可实现机械零部 件圆孔360°圆周孔径在不同温度下相对变化的连续测量，测量精度国内领先，自动控制测 量效率高，测量卡具具备一定通用性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2位本发明局部放大图。

图中：1、环境温度控制仓；2、步进电机；3、滑块；4、可伸缩式万向节传动轴；5、 支架；6、滑轨；7、被测样件；8、底座；9、热电阻测头；10、定位基座；11、压缩弹簧； 12、测量板；13、传感器固定架；14、电涡流位移传感器；15、测头。

具体实施方式

参阅图1、图2，一种多维高精度孔径热变形自动测量系统，该测量系统包括测、控温 系统、定位与调整系统、测量旋转驱动系统、微变形测量系统和温度、位移数据采集系统； 所述的微变形测量系统、定位与调整系统和测温系统中的热电阻测头9均设置在测、控温 系统中的环境温度控制仓1内；所述的测量旋转驱动系统固定在定位与调整系统上；所述 的温度、位移数据采集系统与测温系统中的电阻测头9和微变形测量系统中的电涡流位移 传感器14相连；所述的微变形测量系统固定在定位与调整系统的下端。

所述的测、控温系统包括温度测试电路及环境温度控制仓1，所述的测、控温系统可实 现测试系统机械部分的温度测量及测量环境的温度调节及恒温控制，其中温度测试电路中 采用了热电阻测头9。

所述的定位与调整系统包括支架5、滑轨6、滑块3、定位基座10和可伸缩式万向节传 动轴4；所述的定位与调整系统可实现针对不同被测样件7的适应性调整。

所述的测量旋转驱动系统包括步进电机2、步进电机控制器和步进电机驱动器；所述的 测量旋转驱动系统可依靠步进电机控制器、步进电机驱动器对步进电机2进行控制，以实 现定位基座10的定角度匀速旋转。

所述的微变形测量系统包括底座8、电涡流位移传感器14、测头15、传感器固定架13、 压缩弹簧11和测量板12；

所述的定位与调整系统包括支架5、滑轨6、滑块3、定位基座10和可伸缩式万向节传 动轴4；

测量过程中除步进电机控制器、步进电机驱动器和温度、位移数据采集系统外，本测 量系统的其他部分应置于环境温度控制仓1内。

对于测、控温系统：高精度的热电阻测头9镶嵌在定位基座10内；环境温度控制仓1 可在较宽的温度范围内提供恒温环境。

对于定位与调整系统：所述的滑轨6固定在支架5上，固定高度可调；滑块3的位置 可沿滑轨6调节，并由螺栓固定；所述的可伸缩式万向节传动轴4一端与步进电机2的转 轴相连，另一端固定在定位基座10上；可伸缩式万向节传动轴4可调节定位基座10的高 度，以适应被测样件7的高度。定位基座10外径采用阶梯式设计，以适应不同的被测孔径， 具体外径大小需根据被测样件7内孔大小定制，定位基座10应与被测样件7采用同类材料。

对于测量旋转驱动系统：所述的步进电机控制器与步进电机驱动器相连；所述的步进 电机驱动器与步进电机2相连；步进电机2通过可伸缩式万向节传动轴4与定位基座10相 连，从而依靠步进电机控制、驱动器实现微变形测量系统的定角度匀速旋转。

对于微变形测量系统：测量板12、传感器固定架13和测头15采用热膨胀系数较低的 金属材料；测头15与底座8的孔配合，一端抵住被测样件7的孔壁，另一端依靠螺纹分别 与测量板12和传感器固定架13固连；电涡流传感器14应具备足够高的精度及足够低的温 漂，其通过顶丝与和传感器固定架13固连；测量板12与传感器固定架13之间抵有压缩弹 簧11；为保证测量精度，微变形测量系统需进行整体温漂标定。所述的底座8可沿定位基 座10内孔轴向移动，依靠两个顶丝与定位基座10固连，测量过程中随定位基座10一同旋 转，以实现圆孔360°圆周孔径的测量。

本发明的工作原理为：将支架5固定在环境温度控制仓1的地板上，将滑轨6在支架5 上的高度调节到适合高度并固定；调节滑块3在滑轨6上的位置，使定位基座10放入被测 样件7后可伸缩式万向节传动轴4与地面基本垂直，固定滑块3。

调节微变形测量系统在定位基座10内的轴向位置，使定位基座10放入被测样件7后 测头15可抵到被测孔内壁；调节电涡流传感器14头部平面与测量板12的间隙并固定。

开启环境温度控制仓1，调节舱内温度；待舱内温度及热电阻测头9测得温度稳定后， 开启位移数据采集系统，依靠步进电机控制、驱动系统控制步进电机2旋转180°。

将位移数据采集系统记录的电涡流传感器14头部平面与测量板12的距离用该温度下 的微变形测量系统温漂标定结果进行修正，得到该温度下电涡流传感器14头部平面与测量 板12的真实距离；改变环境温度控制仓1的控制温度，按照上述方法再进行几组测量，可 得被测样件7圆孔圆周各位置直径随温度的变化的规律。