高深宽比小孔内径的检测装置研究

    0 引言

    在对小尺寸孔类零件提出精密加工要求的同时，也是对其检测精度提出了更高的要求。孔类零件和轴类零件相比，即便公差等级相同，前者的检测也要更加困难一些。由于很难保证在小孔表面和小孔径深处的尺寸相同，特别是对于高深宽比且孔内又是断续的内表面的这类特殊孔。在人工检测方法中无法判断出测的是否是截面的直径。除此之外，精密类零件为满足高精度的配合间隙，对其内工作表面的粗糙度也有很高的要求。因此，深小孔类精密零件的高精度、高效、经济的检测就成为一个较难实现的问题^［1］。

    综合了对小孔检测的各种方法中可以得出，接触式检测方法的操作误差较大，对深孔的检测不便; 非接触法大多只能检测通孔，且受到小孔端面形貌的影响较大，不能获得小孔任意截面的信息; 激光扫描 CCD成像方法国内还没有产品化，造价相对较高不便于大批量的投入使用。本课题针对高深宽比小孔内径的检测研究中遇到的问题所展开的更深入研究，利用探头与传导光纤结合来检测小孔，它融合了光纤检测的非接触与接触式探头二者的优点，可以检测很小的内径。

    本课题的研究实现了光电检测仪器的数字化、光机电一体化方向的发展，体现了检测方式自动化、在线检测。使小孔检测操作简便、在线检测精确度高的同时经济效益上又能够占据很大的优势。在此研究中力求提出结构简单和精度较高的检测方法，实现深孔内径的在线检测，并且实现低成本高回报的检测装置，这对于深孔加工过程中的质量控制和提高装配效率具有重要的意义。所以此检测系统不失为一种好的检测方法。

    1 检测原理

    1． 1 原理简介

    首先，在高深宽比小孔中不便于检测，所以提出将光纤应用于深孔内径的检测中。其次由于不同材料以及加工方法的不同会导致内孔的表面粗糙度有很大的差别，在微力接触探头上采用刚性材料的探头，便于对不同表面粗糙度的内壁进行点接触检测。探头与测杆间采用弹簧的弹性链接使其在检测内壁时达到精度要求，这便相当于使光纤每次检测同一表面粗糙度工件表面，提高了检测精度，更加符合检测原理。

    在检测内径的过程中利用光焦点法来确定内径值的变化，由光源发出的光经传导光纤束经光学系统入射到被测内孔的伸缩式接触探头的内部表面 A，使成像物镜对该光点成像并聚焦。而当替代表面 A 沿光轴方向移动时( 即孔内径发生变化时) ，像面焦点扩散形成了弥散圆。表面 A 的反射光延光路返回经孔径光阑及中继镜，经传导光纤传导至光电传感器件并由电控部分输出检测结果。当像点准确处于物面的位置时，良好的成像状态才能保证像面上有集中的光密度分布。正是利用这种聚焦光斑的光密度分布的集中程度来判断物体轴向位移的方法来检测接触式伸缩探头的位移量大小。根据表面 A 的光反射至接收光纤束的光强度的变化可检测真实被测内孔孔径值。原理如图 1 所示。