專(zhuān)利名稱(chēng)：基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種精密檢測(cè)裝置，特別涉及一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能的要求越來(lái)越高，發(fā)動(dòng)機(jī)箱體上孔軸的配合精度是決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵因素。軸孔配合精度越高，發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率越高。 高精度、高智能化的軸孔內(nèi)徑測(cè)量裝置是實(shí)現(xiàn)理想配合的重要基礎(chǔ)，也是提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的必要手段?，F(xiàn)有的內(nèi)徑測(cè)量裝置分為接觸和非接觸兩種。接觸式測(cè)量裝置由于測(cè)量工具磨損、人為因素等原因造成測(cè)量誤差較大，不能滿(mǎn)足快速、精確的內(nèi)徑檢測(cè)要求，而且對(duì)于高精度的表面測(cè)量，接觸式測(cè)量存在測(cè)量力使被測(cè)物表面容易劃傷，以上原因使得接觸式測(cè)量裝置已不適用于高精度表面的測(cè)量。因而非接觸式測(cè)量已逐漸取代接觸式測(cè)量。電容傳感器測(cè)量方法和氣動(dòng)法均可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，然而上述兩種方法在測(cè)量時(shí)測(cè)頭與被測(cè)物間隙小，測(cè)頭在測(cè)量孔徑伸入取出時(shí)稍有不慎就很容易劃傷被測(cè)物的表面，測(cè)量過(guò)程緩慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)軸孔高自動(dòng)化的在線測(cè)量。光學(xué)非接觸測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量必然趨勢(shì)，然而首先就要解決測(cè)量間隙過(guò)小的問(wèn)題?；诩す馊欠y(cè)量原理的測(cè)量裝置可以實(shí)現(xiàn)在較大間隙下完成高精度測(cè)量。構(gòu)成激光三角法的測(cè)量部件主要包括激光光源、成像物鏡和光電檢測(cè)器件，均固定在一可精密旋轉(zhuǎn)的機(jī)械系統(tǒng)上，測(cè)量時(shí)激光光源發(fā)射激光到孔徑表面后反射，經(jīng)成像物鏡由光電檢測(cè)器件接收后將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，完成單一徑向方向的測(cè)量；完成一次測(cè)量之后旋轉(zhuǎn)測(cè)量系統(tǒng)到同一截面的另一徑向方向進(jìn)行測(cè)量，逐次旋轉(zhuǎn)測(cè)量最后完成同一截面圓周的測(cè)量。實(shí)際測(cè)量中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的徑向跳動(dòng)所帶來(lái)的隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量誤差有很大影響，角度間隔越小，徑向跳動(dòng)次數(shù)越多，測(cè)量誤差越大，所以整體上對(duì)旋轉(zhuǎn)精度要求很高；測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)， 完成同一截面的測(cè)量需要多次旋轉(zhuǎn)，很難完成產(chǎn)品的在線檢測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置能夠在測(cè)量間隙較大的情況下完成軸孔內(nèi)徑高精度、高效率、高穩(wěn)定性的自動(dòng)化在線測(cè)量。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，包括測(cè)桿，所述測(cè)桿上設(shè)置有至少一個(gè)測(cè)量截面，每個(gè)測(cè)量截面上均布至少兩個(gè)測(cè)頭，每個(gè)測(cè)頭均為基于激光三角法測(cè)量原理的測(cè)量部件。所述測(cè)頭的光源為光纖。所述光纖加裝有準(zhǔn)直器。[0009]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是采用具有多個(gè)測(cè)量截面、每個(gè)測(cè)量截面上設(shè)置多個(gè)測(cè)頭的測(cè)桿伸入軸孔，每個(gè)測(cè)頭均應(yīng)用激光三角法的測(cè)量原理，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)量間隙小的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在較大間隙情況下完成精密測(cè)量；本實(shí)用新型中測(cè)量所用光源采用光纖傳光的方式，極大地減小了測(cè)桿徑向尺寸，降低發(fā)熱量，在小孔徑尺寸測(cè)量中具有明顯的優(yōu)勢(shì)；本實(shí)用新型可根據(jù)實(shí)際被測(cè)軸孔孔徑的大小和深度，設(shè)置測(cè)量截面以及截面上測(cè)頭的數(shù)量，縮短測(cè)量所需時(shí)間，單次測(cè)量即可完成軸孔多個(gè)徑向方向直徑尺寸和軸孔形位公差的測(cè)量，測(cè)量效率高、速度快、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品高自動(dòng)化的在線測(cè)量。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、尾纖，2、準(zhǔn)直器，3、被測(cè)軸孔表面，4、成像物鏡，5、PSD，6、測(cè)桿，7、測(cè)頭。
具體實(shí)施方式
為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的實(shí)用新型內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參見(jiàn)圖1 圖3，一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，包括測(cè)桿7，測(cè)桿7上設(shè)置有至少一個(gè)測(cè)量截面，每個(gè)測(cè)量截面上均布至少兩個(gè)測(cè)頭6，每個(gè)測(cè)頭6 均為基于激光三角法測(cè)量原理的測(cè)量部件。實(shí)現(xiàn)軸孔精密測(cè)量，測(cè)桿的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本實(shí)用新型中測(cè)桿結(jié)構(gòu)如圖1所示，測(cè)桿上分布多個(gè)測(cè)量截面，測(cè)量截面的數(shù)量和截面間距可根據(jù)被測(cè)軸孔的深度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)被測(cè)軸孔只需要單一的內(nèi)徑尺寸測(cè)量時(shí)，只需在測(cè)桿上設(shè)置一個(gè)測(cè)量截面，在測(cè)量截面相對(duì)位置分布兩個(gè)測(cè)頭，按照上述測(cè)量方法單次測(cè)量即可完成測(cè)量截面直徑尺寸的測(cè)量。為了提高內(nèi)徑尺寸測(cè)量精度，根據(jù)誤差平均效應(yīng)可適當(dāng)增加測(cè)頭數(shù)量，如圖2所示，在同一測(cè)量截面圓周上均勻分布四個(gè)測(cè)頭，相鄰兩個(gè)測(cè)頭位置相互垂直，相對(duì)兩個(gè)測(cè)頭位置在同一直線上。測(cè)量時(shí)，四個(gè)測(cè)頭同時(shí)工作，單次測(cè)量即可完成四個(gè)不同徑向方向的測(cè)量，大大縮短測(cè)量工作時(shí)間。同一測(cè)量截面上測(cè)頭的數(shù)量可根據(jù)被測(cè)軸孔的徑向尺寸和實(shí)際測(cè)量需要而定。當(dāng)被測(cè)軸孔較深時(shí)，可適當(dāng)增加測(cè)量截面數(shù)量，也可在少量測(cè)量截面情況下測(cè)桿在完成一次測(cè)量時(shí)，移動(dòng)測(cè)桿到另一位置深度再次進(jìn)行測(cè)量，依靠增加測(cè)量次數(shù)實(shí)現(xiàn)更多截面測(cè)量，提高形位誤差測(cè)量精度。單截面內(nèi)徑測(cè)量精度是保證多截面形位誤差測(cè)量精度的前提。當(dāng)被測(cè)軸孔徑向尺寸較大時(shí)，在同一測(cè)量截面上可在條件允許下相應(yīng)增加測(cè)頭數(shù)量，單次測(cè)量完成更多徑向方向直徑測(cè)量，提高單截面內(nèi)徑尺寸測(cè)量精度。在小孔徑測(cè)量條件下，光源的尺寸是決定整體尺寸的關(guān)鍵因素。本實(shí)用新型中光源部分采用帶尾纖的二極管激光發(fā)射器，測(cè)桿上設(shè)有專(zhuān)門(mén)用于放置尾纖的孔，二極管激光發(fā)射器放置于測(cè)桿外部，尾纖經(jīng)測(cè)桿內(nèi)孔將外部光源引入到測(cè)桿內(nèi)部，將尾纖輸出端固定在測(cè)頭上使傳入的激光出射方向垂直于被測(cè)軸孔表面。與傳統(tǒng)方法直接將激光器放置于測(cè)桿內(nèi)部相比，小尺寸尾纖傳光方式可極大地減小測(cè)桿徑向尺寸，降低光源發(fā)熱量，減小由于激光源的發(fā)熱給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的不利影響。實(shí)際工作中，光斑的尺寸直接影響PSD電信號(hào)的輸出，進(jìn)而影響測(cè)量精度。為了降低光學(xué)系統(tǒng)畸變和雜散光的影響，提高PSD的位置精度，在尾纖處加一準(zhǔn)直器使激光光源經(jīng)準(zhǔn)直后輸出平行光，降低出射光的發(fā)散角，使成像光斑大小處于接近理想成像尺寸。本實(shí)用新型采用的測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量模塊、電路控制模塊和計(jì)算機(jī)信號(hào)處理模塊組成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程和作業(yè)環(huán)境規(guī)劃測(cè)量整體系統(tǒng)和模塊間的工作流程和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在線測(cè)量。具體測(cè)量過(guò)程如下預(yù)先標(biāo)定測(cè)頭，建立測(cè)頭輸出電信號(hào)與實(shí)際被測(cè)軸孔表面位置之間的關(guān)系；預(yù)先標(biāo)定同一截面圓周上四個(gè)測(cè)頭的三角法測(cè)量原點(diǎn)位置；開(kāi)啟激光器，激光光源由尾纖傳入并垂直照射到被測(cè)軸孔表面發(fā)生反射，反射光經(jīng)成像物鏡在光電接收器件PSD上成像，PSD將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。通過(guò)對(duì)電信號(hào)的測(cè)量，配合相應(yīng)的信號(hào)處理算法，即可得出光斑在PSD上的成像位置，然后由結(jié)構(gòu)參數(shù)可計(jì)算出相應(yīng)被測(cè)軸孔表面的位置，根據(jù)事先的標(biāo)定結(jié)果即可得到此徑向方向上的實(shí)際測(cè)量半徑。在同一測(cè)量截面上綜合四個(gè)徑向方向的測(cè)量的結(jié)果，完成截面上相互垂直的兩條直徑的測(cè)量。多測(cè)量截面同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，得到不同截面的內(nèi)徑測(cè)量結(jié)果，完成被測(cè)軸孔形位誤差的測(cè)量。本實(shí)用新型利用光纖傳光，在同一測(cè)量截面上均勻設(shè)置多個(gè)測(cè)頭，采用激光三角法的測(cè)量原理，單次測(cè)量可實(shí)現(xiàn)多個(gè)徑向方向的測(cè)量，測(cè)桿上分布多個(gè)測(cè)量截面可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量軸孔形位誤差的測(cè)量。本實(shí)用新型是一種基于傳導(dǎo)光源、多測(cè)頭的軸孔內(nèi)徑自動(dòng)化測(cè)量裝置，其獨(dú)特之處在于測(cè)桿與被測(cè)軸孔表面之間測(cè)量間隙大，對(duì)軸孔表面不會(huì)造成任何損傷，采用多截面多測(cè)頭分布，單次測(cè)量可完成多截面多個(gè)徑向方向的測(cè)量，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)軸孔孔徑和形位誤差的自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)量速度快、效率高，精度可達(dá)1 μ m。應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行軸孔內(nèi)徑測(cè)量的方法，1)預(yù)先標(biāo)定測(cè)頭，建立測(cè)量單元輸出電信號(hào)與實(shí)際被測(cè)軸孔表面位移之間的關(guān)系；幻預(yù)先標(biāo)定同一截面圓周上四個(gè)測(cè)頭的三角法測(cè)量原點(diǎn)位置；幻將測(cè)桿深入到被測(cè)軸孔內(nèi)部一定位置，如圖1所示，開(kāi)啟激光器，如圖3所示，激光經(jīng)尾纖1傳入到測(cè)頭內(nèi)部，經(jīng)準(zhǔn)直器2準(zhǔn)直后以平行光出射，垂直照射在被測(cè)軸孔表面3上，平行光反射后經(jīng)成像物鏡4成像在PSD5的像面上，此時(shí)平行光在PSD像面5上成像為一光斑。光電轉(zhuǎn)換器件PSD將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為可用于測(cè)量和處理的電信號(hào)輸出；4)按照步驟1)的標(biāo)定結(jié)果，每一個(gè)測(cè)頭輸出的電信號(hào)經(jīng)算法處理后計(jì)算出相應(yīng)的被測(cè)軸孔表面的位置；5)按照步驟2)的標(biāo)定結(jié)果，根據(jù)步驟4)中得到的結(jié)果可知被測(cè)軸孔表面位置與測(cè)量原點(diǎn)之間的距離，即可得到被測(cè)軸孔兩個(gè)相互垂直方向直徑(四個(gè)徑向方向半徑)的實(shí)際測(cè)量尺寸，完成單一測(cè)量截面的測(cè)量。6)重復(fù)上述步驟，完成多個(gè)截面被測(cè)軸孔內(nèi)徑的測(cè)量，完成被測(cè)軸孔形位誤差的測(cè)量。盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，其特征在于，包括測(cè)桿，所述測(cè)桿上設(shè)置有至少一個(gè)測(cè)量截面，每個(gè)測(cè)量截面上均布至少兩個(gè)測(cè)頭，每個(gè)測(cè)頭均為基于激光三角法測(cè)量原理的測(cè)量部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)頭的光源為光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，其特征在于，所述光纖加裝有準(zhǔn)直器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測(cè)量裝置，包括測(cè)桿，所述測(cè)桿上設(shè)置有至少一個(gè)測(cè)量截面，每個(gè)測(cè)量截面上均布至少兩個(gè)測(cè)頭，每個(gè)測(cè)頭均為基于激光三角法測(cè)量原理的測(cè)量部件。本實(shí)用新型應(yīng)用激光三角法的測(cè)量原理，解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法測(cè)量間隙小的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在較大間隙情況下完成精密測(cè)量；本實(shí)用新型中測(cè)量所用光源采用光纖傳光的方式，極大地減小了測(cè)桿徑向尺寸，降低發(fā)熱量，在小孔徑尺寸測(cè)量中具有明顯的優(yōu)勢(shì)；本實(shí)用新型單次測(cè)量即可完成軸孔多個(gè)徑向方向直徑尺寸和軸孔形位公差的測(cè)量，測(cè)量效率高、速度快、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品高自動(dòng)化的在線測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/12GK202013181SQ20112009414
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者林力, 王仲, 謝洪波, 邾繼貴, 陳浩 申請(qǐng)人:天津大學(xué)