一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，待測件的前端面加工有深孔或盲孔；包括：激光發(fā)射器、垂直支座、徑向膨脹套筒和激光位置檢測裝置；激光發(fā)射器安裝于垂直支座內(nèi)并從待測件的前端面向深孔或盲孔發(fā)出垂直于待測件的前端面的準(zhǔn)直激光，在待測件的前端面，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心；徑向膨脹套筒，通過密封環(huán)與垂直支座、激光位置檢測裝置相連；徑向膨脹套筒緊貼深孔或盲孔的內(nèi)壁并與之同軸；激光位置檢測裝置包括激光接收器，激光接收器的物理中心在徑向膨脹套筒的軸線上。本發(fā)明還涉及一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測方法。本發(fā)明具有精準(zhǔn)、便捷測量、有效保證待測件的質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)及其檢測方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光測量技術(shù)，具體的說，涉及一種利用激光和膨脹定心原理對(duì)深孔或盲孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直度進(jìn)行測量的檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電蒸汽發(fā)生器的管板是核電蒸發(fā)器的關(guān)鍵零件，核電設(shè)備的安全性給該零件的加工精度提出了更高的要求，如管板的垂直度偏差將直接影響之后支撐板的安裝，以及在兩萬多個(gè)矩形排列的管孔內(nèi)能否準(zhǔn)確地穿過長達(dá)十幾米的U型管束，因此急需快速精準(zhǔn)的深孔測量方式。
[0003]核電蒸汽發(fā)生器的管板大而厚，材料特殊，表面上布置有許多深孔，深孔的精度要求極高，檢測難度相當(dāng)大，是核電設(shè)備制造的關(guān)鍵，以60萬機(jī)組蒸汽發(fā)生器為例，9280個(gè)直徑為Φ19.28mm的深孔，均勻地布置在Φ 3477mm，厚度達(dá)到585.0Omm的高強(qiáng)度低碳合金鋼鍛件上。
[0004]傳統(tǒng)的深孔垂直度測量方法是利用芯棒模擬中心軸線，將芯棒插入被測深孔中，以某一側(cè)的端面為基準(zhǔn)面，測量中心軸線與端面的角度偏差。但是，若被測深孔的尺寸較小或孔深很大時(shí)，測量誤差大且芯棒制造困難。此外現(xiàn)有技術(shù)中也有利用三坐標(biāo)進(jìn)行測量的方法，但是由于設(shè)備昂貴且受到場地以及工件大小的限制對(duì)于管板零件不適用。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)深孔的垂直度測量有以下限制和缺陷:1，人為讀取記錄測量數(shù)據(jù)，誤差較大，測量精度以及測量效率均較低；2，現(xiàn)有技術(shù)采用芯棒模擬法，被測深孔的測量長度受到芯棒長度的限制，無法實(shí)現(xiàn)方便快捷的測量，且由于芯棒與被測深孔之間為間隙配合，所帶來的誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是:提供一種能夠精準(zhǔn)、便捷地測量深孔及盲孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直度的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，待測件的前端面加工有深孔或盲孔；單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)包括:激光發(fā)射器、垂直支座、徑向膨脹套筒和激光位置檢測裝置；激光發(fā)射器安裝于垂直支座內(nèi)并從待測件的前端面向深孔或盲孔發(fā)出垂直于待測件的前端面的準(zhǔn)直激光，在待測件的前端面，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心；從待測件的前端面插入深孔或盲孔的徑向膨脹套筒，一端通過密封環(huán)與垂直支座相連，另一端通過密封環(huán)與激光位置檢測裝置相連；徑向膨脹套筒充氣后緊貼深孔或盲孔的內(nèi)壁并與深孔或盲孔同軸；激光位置檢測裝置包括接收準(zhǔn)直激光的、垂直于徑向膨脹套筒軸線設(shè)置的激光接收器，激光接收器的物理中心在徑向膨脹套筒的軸線上。
[0009]作為一種優(yōu)選，激光發(fā)射器的前端設(shè)有圓臺(tái)狀的發(fā)射頭，后端設(shè)有卡扣板；發(fā)射頭的前端尺寸小于等于深孔或盲孔孔徑的三分之一；激光發(fā)射器通過卡扣板與垂直支座卡扣連接。
[0010]作為一種優(yōu)選，垂直支座包括支座座身、支座基準(zhǔn)板和孔徑定心前端頭；支座座身內(nèi)設(shè)置激光發(fā)射器的安裝腔，支座基準(zhǔn)板固定在支座座身的前端，孔徑定心前端頭固定在安裝腔的前端并凸出于支座基準(zhǔn)板的前方；檢測時(shí)，孔徑定心前端頭插入深孔或盲孔，支座基準(zhǔn)板的前端面與待測件的前端面平行。
[0011]作為一種優(yōu)選，垂直支座包括限位板、限位彈簧和彈簧后蓋；限位板固定在安裝腔內(nèi)，激光發(fā)射器卡扣在限位板上實(shí)現(xiàn)周向定位，旋緊于支座座身后端的彈簧后蓋通過限位彈簧將激光發(fā)射器向前頂緊在限位板上實(shí)現(xiàn)軸向定位。
[0012]作為一種優(yōu)選，支座基準(zhǔn)板的前端面設(shè)有多個(gè)環(huán)繞孔徑定心前端頭的鋼球；檢測時(shí)，鋼球緊貼待測件的前端面。
[0013]作為一種優(yōu)選，垂直支座設(shè)有供單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)的電線接出的電氣外聯(lián)接口和供徑向膨脹套筒充放氣的氣壓外聯(lián)接口，電氣外聯(lián)接口與計(jì)算機(jī)相接，氣壓外聯(lián)接口與壓縮空氣機(jī)相接。
[0014]作為一種優(yōu)選，激光位置檢測裝置包括安裝外殼，激光接收器位于安裝外殼內(nèi)；安裝外殼通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接。
[0015]作為一種優(yōu)選，徑向膨脹套筒的壁厚小于0.2mm，未充氣時(shí)的直徑比深孔或盲孔的孔徑小l-2mm。
[0016]作為一種優(yōu)選，檢測時(shí)，所述激光接收器在深孔或盲孔中與待測件的前端面的距離為大于等于深孔或盲孔深度的四分之三。
[0017]一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測方法，一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，包括如下步驟:a.將激光位置檢測裝置通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接，并置入深孔或盲孔的孔深大于等于四分之三處；b.將激光發(fā)射器安裝在垂直支座中；c.垂直支座通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接；d.垂直支座置于待測件的前端面，調(diào)整準(zhǔn)直激光，使準(zhǔn)直激光垂直于待測件的前端面射入深孔或盲孔，且在待測件的前端面，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心；e.給徑向膨脹套筒充氣至其完全貼合深孔或盲孔的內(nèi)壁，徑向膨脹套筒與深孔或盲孔同軸，激光接收器的物理中心在徑向膨脹套筒的軸線上將激光接收器的物理中心以及激光接收器的準(zhǔn)直激光照射點(diǎn)的位置反饋至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)模擬出深孔或盲孔的實(shí)際軸線，再計(jì)算出深孔或盲孔相對(duì)于待測件的前端面的垂直度。
[0018]本發(fā)明的原理是:孔徑定心前端頭插入深孔或盲孔后，鋼球緊貼待測件的前端面，確保從近似一點(diǎn)發(fā)出的準(zhǔn)直激光與待測件的前端面垂直，且在待測件的前端面上，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心；徑向膨脹套筒充氣后，其軸線即為深孔或盲孔的軸線，通過在軸線上的激光接收器的物理中心的位置，計(jì)算機(jī)即可模擬出深孔或盲孔的實(shí)際軸線；通過激光接收器的準(zhǔn)直激光照射點(diǎn)的位置，計(jì)算機(jī)即可模擬出理論軸線；比較理論軸線和實(shí)際軸線，計(jì)算機(jī)即可計(jì)算出深孔或盲孔相對(duì)于待測件的前端面的垂直度。
[0019]總的說來，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.通過使用徑向膨脹套筒實(shí)現(xiàn)與深孔或盲孔內(nèi)壁的緊密貼合，可高效精準(zhǔn)的還原深孔或盲孔的實(shí)際軸線，從而實(shí)現(xiàn)高精度的測量深孔或盲孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直度，確保待測件的質(zhì)量。[0021]2.采用激光檢測，為無損檢測，并通過計(jì)算機(jī)處理和顯示數(shù)據(jù)，有效的減少人為誤差。
[0022]3.本發(fā)明為單側(cè)測量，對(duì)于盲孔或者大型零件的深孔測量更為便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為垂直支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，1為垂直支座，2為激光發(fā)射器，3為激光位置檢測裝置，4為密封環(huán)，5為徑向膨脹套筒，6為深孔，7為密封環(huán)，8為待測件(實(shí)施例中為蒸汽發(fā)生器的管板)，9為基準(zhǔn)面(待測件的前端面)，11為氣壓外聯(lián)接口，12為支座座身，13為彈簧后蓋，14為限位彈簧，15為限位板，16為電氣外聯(lián)接口，17為支座基準(zhǔn)板，18為鋼球，19為孔徑定心前端頭，21為發(fā)射頭，22為卡扣板。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028]如圖1所示，一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)包括:垂直支座、激光發(fā)射器、激光位置檢測裝置和徑向膨脹套筒。
[0029]激光發(fā)射器設(shè)置在垂直支座的內(nèi)部且通過垂直支座完成該激光發(fā)射器的定心；垂直支座的前端的孔徑定心前端頭插入蒸汽發(fā)生器的管板上的深孔的一端內(nèi)，使垂直支座與蒸汽發(fā)生器的管板上的基準(zhǔn)面相接觸；徑向膨脹套筒設(shè)置在深孔的內(nèi)部，一端通過密封環(huán)與垂直支座相連接，另一端通過密封環(huán)與激光位置檢測裝置相連接；激光位置檢測裝置通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接，并由徑向膨脹套筒從深孔的一端送入深孔內(nèi)，包括激光接收器和電源。
[0030]激光發(fā)射器用于發(fā)射從一點(diǎn)(激光束的直徑較小，近似一個(gè)點(diǎn))發(fā)出的準(zhǔn)直激光，該準(zhǔn)直激光的軸線與垂直支座的孔徑定心前端頭的外圓同軸。如圖3所示，激光發(fā)射器的前端的發(fā)射頭為圓臺(tái)狀，發(fā)射頭的前端尺寸為深孔的三分之一；該激光發(fā)射器的后端設(shè)置有兩側(cè)向外突出的卡扣板。
[0031]如圖2所示，垂直支座的軸截面呈T字形，包含支座座身、支座基準(zhǔn)板以及孔徑定心前端頭。其中，支座座身內(nèi)設(shè)置容納激光發(fā)射器的安裝腔，安裝腔貫穿整個(gè)垂直支座。支座座身的安裝腔內(nèi)靠近支座座身的后端設(shè)置有限位板、限位彈簧以及用于固定限位彈簧一端的彈簧后蓋。如圖1所示，激光發(fā)射器設(shè)置在垂直支座的安裝腔內(nèi)，卡扣板與限位板相互卡扣以實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射器的周向定位，旋緊彈簧后蓋，將限位彈簧頂住激光發(fā)射器的卡扣板，使激光發(fā)射器向前頂緊限位板，實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射器的軸向定位。
[0032]此外，支座基準(zhǔn)板的前端面上鑲嵌有若干環(huán)繞孔徑定心前端頭的鋼球，如圖1，當(dāng)垂直支座的孔徑定心前端頭插入蒸汽蒸發(fā)器的管板上某深孔的一端時(shí)，多個(gè)鋼球同時(shí)與基準(zhǔn)面緊貼接觸，從而確保激光發(fā)射器射出的準(zhǔn)直激光的軸線垂直于支座基準(zhǔn)板上若干鋼球組成的平面，即垂直于基準(zhǔn)面。
[0033]進(jìn)一步，垂直支座包含兩個(gè)外聯(lián)接口，氣壓外聯(lián)接口連接壓縮空氣機(jī)，電氣外聯(lián)接口連接計(jì)算機(jī)，兩個(gè)外聯(lián)接口包含氣壓封閉環(huán)可實(shí)現(xiàn)密封。
[0034]激光位置檢測裝置包括安裝外殼和激光接收器。激光接收器及電源設(shè)置在安裝外殼內(nèi)，而該激光接收器的顯示端通過垂直支座的電氣外聯(lián)接口與計(jì)算機(jī)相連接。在安裝外殼的外部通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相連接，激光接收器的物理中心與此位置的徑向膨脹套筒的外圓圓心同心。
[0035]徑向膨脹套筒通過充入壓縮空氣可使之向徑向膨脹，實(shí)現(xiàn)徑向膨脹套筒與深孔的內(nèi)壁完全貼合。該徑向膨脹套筒在軸向長度不變。徑向膨脹套筒的壁厚小于0.2mm，充氣前，直徑小于深孔孔徑的1_2_，因此使徑向膨脹套筒膨脹至貼合深孔的內(nèi)壁所需壓力較小，是兩端密封環(huán)及其他裝置可承受的壓力。徑向膨脹套筒與激光位置檢測裝置和垂直支座的孔徑定心前端頭均通過密封環(huán)連接。密封環(huán)主要包括法蘭裝置及密封圈等，不僅能實(shí)現(xiàn)密封還具有壓緊功能。
[0036]激光接收器接收由激光發(fā)射器發(fā)射出的準(zhǔn)直激光，其將入射準(zhǔn)直激光與該激光接收器的物理中心的位置反饋到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)模擬出該深孔的實(shí)際軸線，并依據(jù)激光接收器的準(zhǔn)直激光照射點(diǎn)的位置得出理論軸線，從而獲得深孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直度。本實(shí)施例中，激光接收器采用二維2-D PSD探測器，分辨率為lum。
[0037]—種利用上述檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測方法，具體包括以下步驟:
[0038]步驟a，將激光位置檢測裝置通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相連接，并將其深入深孔大于等于孔深的四分之三位置處；
[0039]步驟b，將激光發(fā)射器安裝至垂直支座內(nèi)，旋緊彈簧后蓋以固定該激光發(fā)射器；
[0040]步驟C，將激光位置檢測裝置的電線與垂直支座的電氣外聯(lián)接口相連接，并且將垂直支座通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相連接；
[0041]步驟d，將垂直支座的孔徑定向前端頭插入深孔內(nèi)，使得垂直支座的支座基準(zhǔn)板上的若干鋼球均與基準(zhǔn)面緊密接觸；
[0042]步驟e，通入壓縮空氣，使徑向膨脹套筒與深孔的內(nèi)壁完全緊密貼合，打開激光發(fā)射器發(fā)射準(zhǔn)直激光，該準(zhǔn)直激光的軸線與垂直支座的孔徑定心前端頭的外圓同軸，該準(zhǔn)直激光垂直于基準(zhǔn)面入射，穿過深孔由激光位置檢測裝置的激光接收器接收；
[0043]步驟f，將該激光接收器的準(zhǔn)直激光照射點(diǎn)的位置以及該激光接收器的物理中心反饋到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)模擬出被測深孔的實(shí)際軸線和理論軸線，從而測量的得到深孔相對(duì)于基準(zhǔn)面的垂直度。
[0044]本發(fā)明僅僅介紹了對(duì)于位于核電蒸汽發(fā)生器的管板上的深孔的測量，但是本發(fā)明不僅適用于各種深孔的測量，更適用于各類盲孔的測量。
[0045]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，待測件的前端面加工有深孔或盲孔，其特征在于:單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)包括:激光發(fā)射器、垂直支座、徑向膨脹套筒和激光位置檢測裝置；激光發(fā)射器安裝于垂直支座內(nèi)并從待測件的前端面向深孔或盲孔發(fā)出垂直于待測件的前端面的準(zhǔn)直激光，在待測件的前端面，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心；從待測件的前端面插入深孔或盲孔的徑向膨脹套筒，一端通過密封環(huán)與垂直支座相連，另一端通過密封環(huán)與激光位置檢測裝置相連；徑向膨脹套筒充氣后緊貼深孔或盲孔的內(nèi)壁并與深孔或盲孔同軸；激光位置檢測裝置包括接收準(zhǔn)直激光的、垂直于徑向膨脹套筒軸線設(shè)置的激光接收器，激光接收器的物理中心在徑向膨脹套筒的軸線上。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述激光發(fā)射器的前端設(shè)有圓臺(tái)狀的發(fā)射頭，后端設(shè)有卡扣板；發(fā)射頭的前端尺寸小于等于深孔或盲孔孔徑的三分之一；激光發(fā)射器通過卡扣板與垂直支座卡扣連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述垂直支座包括支座座身、支座基準(zhǔn)板和孔徑定心前端頭；支座座身內(nèi)設(shè)置激光發(fā)射器的安裝腔，支座基準(zhǔn)板固定在支座座身的前端，孔徑定心前端頭固定在安裝腔的前端并凸出于支座基準(zhǔn)板的前方；檢測時(shí)，孔徑定心前端頭插入深孔或盲孔，支座基準(zhǔn)板的前端面與待測件的前端面平行。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述垂直支座包括限位板、限位彈簧和彈簧后蓋；限位板固定在安裝腔內(nèi)，激光發(fā)射器卡扣在限位板上實(shí)現(xiàn)周向定位，旋緊于支座座身后端的彈簧后蓋通過限位彈簧將激光發(fā)射器向前頂緊在限位板上實(shí)現(xiàn)軸向定位。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述支座基準(zhǔn)板的前端面設(shè)有多個(gè)環(huán)繞孔徑定心前端頭的鋼球；檢測時(shí)，鋼球緊貼待測件的前端面。
6.按照權(quán)利要求3所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述垂直支座設(shè)有供單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)的電線接出的電氣外聯(lián)接口和供徑向膨脹套筒充放氣的氣壓外聯(lián)接口，電氣外聯(lián)接口與計(jì)算機(jī)相接，氣壓外聯(lián)接口與壓縮空氣機(jī)相接。
7.按照權(quán)利要求1所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述激光位置檢測裝置包括安裝外殼，激光接收器位于安裝外殼內(nèi)；安裝外殼通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述徑向膨脹套筒的壁厚小于0.2mm，未充氣時(shí)的直徑比深孔或盲孔的孔徑小l-2mm。
9.按照權(quán)利要求1所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，其特征在于:檢測時(shí)，所述激光接收器在深孔或盲孔中與待測件的前端面的距離為大于等于深孔或盲孔深度的四分之三。
10.一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測方法，其特征在于:使用權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的一種單側(cè)膨脹定心的垂直度激光檢測系統(tǒng)，包括如下步驟:a.將激光位置檢測裝置通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接，并置入深孔或盲孔的孔深大于等于四分之三處；b.將激光發(fā)射器安裝在垂直支座中； C.垂直支座通過密封環(huán)與徑向膨脹套筒相接； d.垂直支座置于待測件的前端面，調(diào)整準(zhǔn)直激光，使準(zhǔn)直激光垂直于待測件的前端面射入深孔或盲孔，且在待測件的前端面，準(zhǔn)直激光與深孔或盲孔同心； e.給徑向膨脹套筒充氣至其完全貼合深孔或盲孔的內(nèi)壁，徑向膨脹套筒與深孔或盲孔同軸，激光接收器的物理中心在徑向膨脹套筒的軸線上； f.將激光接收器的物理中心以及激光接收器的準(zhǔn)直激光照射點(diǎn)的位置反饋至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)模擬出 深孔或盲孔的實(shí)際軸線，再計(jì)算出深孔或盲孔相對(duì)于待測件的前端面的垂直度。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK103697837SQ201310712542
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】陸龍生, 唐陶, 張仕偉, 湯勇 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)