一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置
阅读说明：本技术 一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置 (Bore internal surface non-contact rotary scanning device ) 是由 秦晓泳 宦昭润 曲浩 王一卓 丁立波 于 2021-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置,通过探测装置的机械结构和磁图像传感器的协调配合获得待测火炮膛线的图像,装置包括驱动装置、传动装置、第一夹紧装置和第二夹紧装置、测量装置和监测装置；驱动装置通过丝杠与传动装置连接；测量装置通过丝杠与传动装置相连接；第一夹紧装置通过第一辅助转盘与传动装置相连接,第二夹紧装置通过第二圆台柱与驱动装置的外机架封盖相连接；监测装置通过步进电机与驱动装置相连接,实现旋转过程转速和旋转角度的监测。本发明通过转动方式转臂,令动力源只需一个电机,简化了整个装置的结构,通过夹紧装置实现装置的膛内定心定位,且符合小口径炮膛的使用,提高了炮膛相关参数的测量精度及效率。(The invention provides a bore inner surface non-contact rotary scanning device, which obtains an image of a bore line of a cannon to be measured through the coordination of a mechanical structure of a detection device and a magnetic image sensor, and comprises a driving device, a transmission device, a first clamping device, a second clamping device, a measuring device and a monitoring device; the driving device is connected with the transmission device through a lead screw; the measuring device is connected with the transmission device through a lead screw; the first clamping device is connected with the transmission device through a first auxiliary turntable, and the second clamping device is connected with an outer frame sealing cover of the driving device through a second circular table column; the monitoring device is connected with the driving device through the stepping motor, and the rotating speed and the rotating angle in the rotating process are monitored. The invention uses the rotating arm in a rotating mode, only one motor is needed as a power source, the structure of the whole device is simplified, the centering and positioning in the bore of the device are realized through the clamping device, the use of a small-caliber bore is met, and the measurement precision and efficiency of the relevant parameters of the bore are improved.)
技术领域
本发明涉及线膛炮膛线的测量领域，特别涉及一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置。
背景技术
膛线作为影响火炮使用性能的重要因素是检测时需要重点关注的指标，对小口径火炮炮膛的检测大都采用接触式检测方式，接触式检测由于检测工具磨损、人为因素等原因造成检测误差较大,不能满足快速、精确的炮膛的检测要求。因而在相关技术的发展和不断提高的火炮应用需求等诸多因素的推动下，光电传感技术逐渐成为完成探测的主要途径。但一般使用光电传感技术的测量装置因需要在炮膛外进行搭建直线与回转运动执行机构，无法实现再炮膛内部定位，所以在装置安装时精度要求极高，测量装置容易受到外部因素干扰；采用激光光三角检测技术、半导体激光准直技术的测量装置只能局限于测量炮膛局部锥度、圆跳动、圆度、炮膛半径及缠角且每次只能实现单一参数的测量。
发明内容
针对一般使用光电传感技术的探测装置测量膛线参数容易受到外部因素干扰，在装置安装时精度要求极高，且需要在炮膛外进行搭建装置，每次只能实现单一参数的测量的现状，本发明提供了一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置，通过探测装置的机械结构和磁图像传感器的协调配合获得待测火炮膛线的图像，能够保证扫描过程中的准确性和抗干扰性，并且精确地控制探测装置在小口径或大口径炮膛内的移动距离以及旋转角度并得到炮膛的相关参数与磁图像。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种炮膛内表面非接触旋转扫描装置，包括驱动装置、传动装置、第一夹紧装置、第二夹紧装置、测量装置和监测装置；
所述的驱动装置与所述传动装置的丝杠连接，提供丝杠旋转所需动力，所述驱动装置通过转动方式转换臂与丝杠的分离与配合实现工作方式转换；所述的测量装置安装在丝杠一端，实现对炮膛膛内参数的测量；所述第一夹紧装置与所述传动装置相连接，所述第二夹紧装置与所述驱动装置的外机架封盖相连接，第一夹紧装置、第二夹紧装置通过斜楔结构和螺纹的自锁作用实现测量装置的定心与定位；所述监测装置与所述驱动装置相连接，实现旋转过程转速和旋转角度的监测。
进一步的，所述的第一夹紧装置包括第一旋钮、第一联动推环、第一圆台柱、第一支撑块；所述的第二夹紧装置包括第二旋钮、第二联动推环、第二圆台柱、第二支撑块；
所述的第一旋钮通过螺纹联接与第一圆台柱相连，所述的第二旋钮通过螺纹联接与第二圆台柱相连，旋转旋钮使圆台柱沿轴向移动；所述的第一联动推环通过同心圆孔配合与第一旋钮相连；所述的第二联动推环通过同心圆孔配合与第二旋钮相连；所述的第一联动推环通过表面加工的通孔与第一支撑块相配合，所述的第二联动推环通过表面加工的通孔与第二支撑块相配合；所述的第一支撑块穿过第一联动推环表面的通孔，第二支撑块穿过第二联动推环表面的通孔。
进一步的，所述的第一圆台柱一端为带有螺纹的圆柱体，另一端为周向加工有多个T型槽的圆台；所述的第一圆台柱通过表面加工的T型槽配合与第一支撑块相连，所述的第二圆台柱通过表面加工的T型槽配合与第二支撑块相连，圆台柱沿轴向的移动使支撑块径向移动。
进一步的，所述的第一支撑块底部为与T型槽结构配合的T型结构；所述的第二支撑块底部为与T型槽结构配合的T型结构。
进一步的，所述夹紧装置可通过调整第一圆台柱和第二圆台柱圆台部分的锥度、长度和半径实现不同口径炮膛的夹紧。
进一步的，所述的驱动装置包括外机架壳体、外机架封盖、导轨、滑块、轴承座、电机法兰盘和步进电机；所述的外机架壳体与外机架封盖相连接，外机架封盖与第二夹紧装置的第二圆台柱相连接；所述的导轨安装在外机架壳体内部，所述的滑块安装在导轨上，所述的电机法兰盘和轴承座安装在滑块上，所述的步进电机安装在电机法兰盘一侧。
进一步的，所述的传动装置包括转动方式转换臂、转换臂稳定块、丝杠、辅助转盘一、辅助转盘二和光轴；所述的转动方式转换臂通过通孔联接安装在外机架壳体上，与外机架壳体相配合，加工有与丝杠形成螺纹配合的螺纹孔，可以使丝杠沿轴向旋转进给；转动方式转换臂包括对称设置的两部分，合拢后中间部分组成螺纹孔；所述的转换臂稳定块通过螺纹联接与外机架壳体内壁相连，所述稳定块通过两侧面及底面形成的面接触配合与转动方式转换臂相连，起到辅助支撑以及运动导向的作用，使得转动方式转换臂可沿其实现合拢及分离；所述的第一辅助转盘安装在第一夹紧装置的第一圆台柱上，表面开有与光轴尺寸及位置相对应的孔，第二辅助转盘安装在第二夹紧装置的第二联动推环上，开有盲孔，同时表面开有与光轴尺寸及位置相对应的孔；所述的光轴过盈配合在两转盘表面的孔中；所述的丝杠与步进电机连接。
进一步的，所述的测量装置基座通过螺纹连接安装在丝杠一端，同时所述的测量装置基座上设有通孔，传动装置中的光轴与所述通孔间隙配合并且穿过通孔；磁图像传感器安装在测量装置基座上。
进一步的，所述的监测装置包括旋转编码器和联轴器，旋转编码器通过螺纹联接安装在步进电机尾部，其旋转轴通过联轴器与步进电机电机轴连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)测量装置结构简单，无需在炮膛外搭建复杂的测量装置平台，可直接插入炮膛内进行测量；(2)本发明可以通过磁传感器获得炮膛膛内图像，进而获得膛线参数，不易受到外界干扰；(3)夹紧装置利用螺纹夹紧和斜楔夹紧，可实现小口径或大口径炮膛膛线的测量工作；(4)动力源只需一个电机，控制简单；(5)可以实现对于测量工作的实时监控，提高效率及精度。
附图说明
图1是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的立体图。
图2是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的侧视局部剖视图。
图3是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的俯视局部剖视图。
图4是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置在炮膛内的工作示意图。
图5是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的驱动装置部分的转动方式转换臂与丝杠的配合示意图。
图6是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的驱动装置部分的转动方式转换臂与转换臂稳定块的配合示意图。
图7是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的第二夹紧装置的立体示意图。
图8是本发明炮膛内表面非接触旋转扫描装置的第一夹紧装置的立体示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的炮膛内表面非接触旋转扫描装置立体图，如图2和图3所示，本实施例适用于30mm口径炮膛膛线的测量工作。
本发明工作时，首先按照各部件的配合形式组装外部驱动装置、传动装置、测量装置、监测装置以及靠近炮膛外部夹紧装置形成组装结构。
其次安装靠近炮膛内部的第一夹紧装置，如图4所示，先将该装置放入30mm口径炮膛内的对应测量位置，之后借助工具旋转第一旋钮113，第一旋钮113与第一圆台柱114之间为螺纹连接，第一旋钮113旋转带动第一圆台柱114沿轴向移动，第一支撑块112通过T型槽与第一圆台柱114面接触配合，第一圆台柱114轴向移动时，第一支撑块112沿第一联动推环111上对应的长孔进行径向移动，直到三个第一支撑块112与炮膛内壁可靠接触，则停止对第一旋钮113的旋转。至此，完成炮膛内部第一夹紧装置的夹紧工作。
安装组装结构，组装结构中传动装置末端第一辅助转盘211中设有圆柱孔，该转盘与炮膛深处夹紧装置的第一圆台柱113间可形成对心配合，先将组装结构推入炮膛内，直到第一圆台柱113与第一辅助转盘211配合安装成功，则停止对组装结构的移动。之后进行炮口处第二夹紧装置的夹紧工作，旋转第二旋钮123，第二旋钮123与第二圆台柱124之间为螺纹连接，第二旋钮123旋转带动第二圆台柱124沿轴向移动，支撑块通过T型槽与第二圆台柱124面接触配合，第二圆台柱124轴向移动时，第二支撑块122沿第二联动推环121上对应的长孔进行径向移动，直到三个第二支撑块122与炮膛内壁可靠接触，则停止对第二旋钮123的旋转。至此，探测装置安装完成。
夹紧装置可根据所测炮膛口径的大小对第一圆台柱114和第二圆台柱124圆台部分的锥度、长度和半径进行调整。
本发明的膛线非接触式探测装置在工作过程中，有两种动作，分别为：旋转扫描动作和旋转进给动作。
开启步进电机36电源及磁图像传感器41及旋转编码器52电源，当需要进行旋转扫描动作时，将转动方式转换臂23分离，此时步进电机36驱动丝杠24原地旋转一周，测量装置的测量装置基座42及磁图像传感器41与丝杠24间固联，光轴22与测量装置基座42上的通孔间隙配合，光轴22与第一辅助转盘211以及第二辅助转盘212对应的孔过盈配合，丝杠24旋转带动测量装置连同光轴22及第一辅助转盘211与第二辅助转盘212旋转一周，完成炮膛内某一测量位置一周的测量采集工作。
当测量位置需要进行调整时，则进行旋转进给动作，如5和图6所示，调整转动方式转换臂23使其沿转换臂稳定块25移动，转换臂稳定块25通过螺纹联接与外机架壳体311固定，能起到辅助支撑以及导向作用，移动直至转动方式转换臂23与丝杠24稳固配合时停止移动。步进电机36驱动丝杠24旋转，该转换臂23与丝杠24间为丝杠螺纹联接，该转换臂23可固定，调整该转换臂23使得丝杠24与其实现螺纹配合，丝杠24旋转使得其沿转动方式转换臂23实现轴向移动，丝杠24的轴向移动带动滑块34沿导轨32进行轴向移动，测量装置的测量装置基座42及磁图像传感器41与丝杠24间固联，丝杠24旋转进给带动测量装置进给，通过对步进电机36的编程控制实现测量位置的变更。至此，实现测量装置在炮膛内更改探测位置的工作。之后再次分离转动方式转换臂23，重复上述测量步骤得到所需测量范围的炮膛膛线的测量数据。
本发明在步进电机36尾部安装有旋转编码器52，其通过螺纹联接固定于步进电机36外壳上，其前端旋转轴通过联轴器51与步进电机36电机轴实现联动。在工作时，旋转编码器52内部光栅盘与步进电机37电机轴实现同步转动。由于步进电机36电机轴与丝杠24同步转动，丝杠24与检测装置固联，因此旋转编码器52可以实时检测磁图像传感器41在炮膛内的工作角度变化以及水平位置变化，以便于后续的扫描图像分析。
至此，对膛线进行扫描并获取数据的过程完成。
本发明的夹紧装置也可单独使用，可实现在孔类零件中的夹紧及定心功能。如图7和图8所示，单独使用时，将夹紧装置放入孔内，之后旋转旋钮113，旋钮113与圆台柱114之间为螺纹连接，旋钮113旋转带动圆台柱114沿轴向移动，支撑块112通过T型槽与圆台柱114面接触配合。圆台柱114进行轴向移动时，支撑块112底部沿T型槽与圆台柱114发生相对位移，支撑块112沿联动推环111上对应的长孔进行径向移动，直到三个支撑块112与孔内壁可靠接触，则停止对旋钮113的旋转。本夹紧装置在对孔实现夹紧的同时，确定了孔的中心，因此可以适用于其他不同工作的进行。同时夹紧装置中的支撑块112高度可以进行调整，使其适用范围更广，可以适用于多种尺寸孔类零件的夹紧定心工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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