專利名稱：光學(xué)測(cè)孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種光學(xué)測(cè)孔方法，特別是涉及一 種利用激光的測(cè)孔 方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)且直徑逐漸變小的孔的測(cè)量， 廣泛采用的測(cè)量方法是，將一規(guī)定大小的量規(guī)放入沿孔的徑向放入 其中，當(dāng)量規(guī)不能沿孔的軸向進(jìn)一步放入其中時(shí)，就可以得到孔內(nèi) 直徑與量規(guī)直徑大小相近的部位的軸向位置，通過不同大小的量規(guī)》 測(cè)試多次，可得到孔內(nèi)壁的數(shù)據(jù)。但該方法僅適合于孔徑逐漸變小 的孔，而且，其測(cè)量精度低。此外，當(dāng)孔的沿軸向的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)， 很難人工操作，因此，其操作性較差。
現(xiàn)有技術(shù)中，還有一種測(cè)孔方法，其是使用如橡皮泥等具有一定 附著能力和形變能力的工具。通過將該工具貼在孔的內(nèi)壁上，獲取 內(nèi)壁的狀況。但該方法的誤差和所需的勞動(dòng)強(qiáng)度很大，而且，對(duì)于 軸向長(zhǎng)度較長(zhǎng)的孔，基本上沒有辦法實(shí)現(xiàn)操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種非接觸式高效且精度較高的光學(xué)測(cè) 孑L方法。
本發(fā)明技術(shù)方案1的光學(xué)測(cè)孔方法，包括如下步驟a.將激光 光源放入待測(cè)孔內(nèi)并使其發(fā)光；b.用與激光光源相向設(shè)置的光拾取 裝置拾取由孔壁反射的光；c.對(duì)由光拾取裝置拾取到的信號(hào)進(jìn)行處 理。
本測(cè)孔方法是通過使用的是一套光學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，因此，本測(cè)量
方法是一種非接觸式測(cè)量方法，此外，光學(xué)測(cè)量的誤差相對(duì)較小， 且測(cè)量效率較高。從上述的步驟來看，本身步驟較少，容易操控且 產(chǎn)生累積誤差的機(jī)會(huì)較少。因此，本方法是一種非接觸地高效且精 度較高的方法。此外，由于激光光源本身具有光密度高且不易散射 的特點(diǎn)，因此，采用激光作為激光光源，可以減少數(shù)據(jù)的采集量。 因此，可以進(jìn)一步提高測(cè)量的精度。
在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案2的光學(xué)測(cè)孔方法中，
°且小于90° 。
這樣有利于光拾取裝置對(duì)光的拾取。
在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案3的光學(xué)測(cè)孔方法中， 在激光光源和光拾取裝置之間設(shè)置反光構(gòu)件。
通過在激光光源和光拾取裝置間設(shè)置反光構(gòu)件，可降低對(duì)光源的 要求，并利于提高操作的便利性。
在技術(shù)方案1或3的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案4的光學(xué)測(cè)孔方法 中，使所述激光光源發(fā)出的光線是圓錐的外表面狀的光束。
通過采用呈圓錐外表面狀的光束，可以不旋轉(zhuǎn)光源或裝置本身就 可測(cè)得孔整周的數(shù)據(jù)，因此，效率較高。
在技術(shù)方案3的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案5的光學(xué)測(cè)孔方法中， 使從所述激光光源發(fā)出的光線與待測(cè)孔的軸線成大于或等于0°且 小于90。。
這樣有利于光拾取裝置對(duì)光的拾取。
在技術(shù)方案3的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案6的光學(xué)測(cè)孔方法中， 所述的反光構(gòu)件為圓錐或圓臺(tái)狀，其圓錐角大于0°且小于或等于 90° 。
通過采用圓錐或圓臺(tái)狀的反光構(gòu)件，激光光線的從激光光源到待 測(cè)孔的內(nèi)壁之間的長(zhǎng)度可以大致相等，因此，可以形成形狀相對(duì)規(guī) 整的三維曲線，因此，可以得到進(jìn)一步準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)
在技術(shù)方案6的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案7的光學(xué)測(cè)孔方法中，
使從所述激光光源發(fā)出的光線與待測(cè)孔的軸線成大于或等于0°且 小于45° 。
這樣有利于光拾取裝置對(duì)光的拾取。
在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案8的光學(xué)測(cè)孔的方法中， 將拾取到的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為孔的尺寸和/或形狀數(shù)值。 這樣利于對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理。
在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本發(fā)明技術(shù)方案9的光學(xué)測(cè)孔的方法中， 還具有根據(jù)通過光拾取裝置得到的信息，調(diào)整激光光源和光拾取裝 置間距離的步驟。
通過使用光拾取元件得到數(shù)據(jù)，進(jìn)行激光光源和光拾取裝置間的 距離的調(diào)整，可通過得到的信息，進(jìn)一步準(zhǔn)確地進(jìn)行定位，以得到 更為準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中采用的一種光學(xué)測(cè)孔裝置的剖面示意 圖，該剖面經(jīng)過裝置中心軸線。
圖2是使用圖1所示的光學(xué)測(cè)孔裝置時(shí)的光學(xué)測(cè)量方法的工作原 理示意圖。
圖3本發(fā)明實(shí)施方式中采用的改型光學(xué)測(cè)孔裝置的剖面示意圖， 該剖面經(jīng)過裝置中心軸線。
圖4是使用圖2所示的光學(xué)測(cè)孔裝置時(shí)的光學(xué)測(cè)量方法的工作原 理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式加以說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中采用的一種光學(xué)測(cè)孔裝置的剖面示意
圖，該剖面經(jīng)過裝置中心軸線。圖2是使用圖1所示的光學(xué)測(cè)孔裝
置時(shí)的光學(xué)測(cè)量方法的工作原理示意圖。
如圖1所示，光學(xué)測(cè)孔裝置A具有框架5以及設(shè)置在框架5內(nèi)
的作為激光光源的激光發(fā)生器1、作為光拾取裝置的CCD相機(jī)3。 此外，該光學(xué)測(cè)孔裝置A由電源供電。
如圖1所示，激光發(fā)生器1是能夠發(fā)出環(huán)狀激光的環(huán)形激光發(fā)生 器，其發(fā)出的激光束呈外擴(kuò)散狀，即從形狀來看，該激光束呈圓錐 的側(cè)表面狀。
在光學(xué)測(cè)孔裝置A放入待測(cè)孔內(nèi)時(shí)，由激光束照射待測(cè)孔內(nèi)壁 而在其上形成圖像，該CCD相機(jī)3用于拍攝該圖像。
由于激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3可采用現(xiàn)有的公知裝置，因此， 本說明書中省略對(duì)它們的說明。
框架5包括用于安裝激光發(fā)生器1的第 一框架51 、用于安裝CCD 相機(jī)3的第二框架52、以及用于連接第一框架51和第二框架52的 第三框架53。第三框架53為透明的玻璃制的圓筒狀部件。之所以選 用圓筒狀部件，是避免第三框架53對(duì)環(huán)形激光發(fā)生器發(fā)出的激光在 向孔內(nèi)壁照射的過程中對(duì)激光路線的影響。此外，第一框架51與第 三框架53間、第二框架52與第三框架53間接合，該接合方式并不 特別限定，可以是螺紋或卡合等多種接合方式。
如圖2所示，激光發(fā)生器1與第一框架51同軸配置。此外，CCD 相機(jī)3與第二框架52同軸配置。由此，通過框架5的各部件間的接 合，使得上述激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3被同軸配置。
對(duì)于激光發(fā)生器1向第一框架51的安裝的結(jié)構(gòu)，可采用各種公 知的安裝結(jié)構(gòu)，例如，采用螺紋安裝、卡合安裝等，例如，在第一 框架51的安裝孔的靠右側(cè)(圖1中的右側(cè))的端部附近設(shè)置有凸緣 部，在將激光發(fā)生器1放入安裝孔后，從安裝孔的左側(cè)(圖1中的 左側(cè))放入固定件，將激光發(fā)生器1安裝固定在安裝孔內(nèi)等。CCD 相機(jī)3向第二框架52的安裝的結(jié)構(gòu)，與激光發(fā)生器1向第一框架51 的安裝的結(jié)構(gòu)相似，故省略其說明。
此外，對(duì)于第一框架51和第二框架52的材料沒有特別的限定， 其可以使用樹脂材料，也可以選擇金屬材料或其它。此外，對(duì)于它 們的形狀，也沒有特別的限定，可以是圓柱形，也可以是棱柱形狀
等。采用圓柱形易于定位，且易于加工。
此外，在第一框架51或/和第二框架52上設(shè)置有固定件，用于 將光學(xué)測(cè)孔裝置安裝在其它構(gòu)件上。
如圖1所示，激光發(fā)生器1的激光發(fā)射端部10與CCD相機(jī)3 的鏡頭端30相向配置，這樣，由激光發(fā)生器1發(fā)出的激光束便于被 光拾取裝置所拾取到。
所述的激光發(fā)生器1優(yōu)選其發(fā)出的激光與待測(cè)孔的軸線間所形 成的角度為大于或等于20°且小于90°的激光發(fā)生器。在使用本激 光發(fā)生器1時(shí)，所選用的激光發(fā)生器1發(fā)出的激光與待測(cè)孔的軸線 間所形成的角度為45° 。
因此，從激光發(fā)生器1發(fā)出的激光，不會(huì)直接照射到CCD相機(jī) 3里，不會(huì)造成CCD相機(jī)3的損壞。而且，當(dāng)光學(xué)測(cè)孔裝置A被》文 入待測(cè)孔內(nèi)時(shí)，CCD相機(jī)3可以拍攝到由激光束在待測(cè)孔孔壁上形 成的圖像。
此外，此處的激光發(fā)生器1相對(duì)于第一框架51安裝是固定安裝， 但并不限于此，激光發(fā)生器1也可以被安裝為可相對(duì)第一框架51沿 軸向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，該移動(dòng)結(jié)構(gòu)可以采用各種^^知結(jié)構(gòu)，例如，在;敫 光發(fā)生器1的后端部設(shè)置有螺紋軸，在第一框架51內(nèi)設(shè)置有由電動(dòng) 機(jī)帶動(dòng)的與上述螺紋軸配合的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，并且，在激光發(fā)生器1的 側(cè)表面上，沿軸向設(shè)置有凸起或凹槽，在第一框架51上與之對(duì)應(yīng)的 部分上設(shè)置凹槽或凸起，用作導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，通過該導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，通過上 述電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，利用轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件與上述螺紋軸的配合， 將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為激光發(fā)生器1的軸向移動(dòng)，由此，可使激光 發(fā)生器1相對(duì)于第一框架沿軸向移動(dòng)。此外，就上述螺紋軸和轉(zhuǎn)動(dòng) 構(gòu)件的配置方式不特別限定，例如，可將螺紋軸配置在第一框架上 而將轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件配置在激光發(fā)生器1上，這樣，也可以實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)動(dòng)到 直線運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。就導(dǎo)向結(jié)構(gòu)也不特別限定，可以是一條凹槽和凸 起的配合，也可以是多條凹槽和凸起的配合，還可以是其他的導(dǎo)向 結(jié)構(gòu)。由此，可通過令激光發(fā)生器1相對(duì)第一框架51沿軸向移動(dòng)，
可對(duì)激光發(fā)生器1的位置進(jìn)行微調(diào)。此外，還可以使用隔套，對(duì)于
激光發(fā)生器1和第一框架51的位置關(guān)系進(jìn)行有級(jí)調(diào)整。
CCD相機(jī)3與第二框架52之間的關(guān)系，和激光發(fā)生器1與第一 框架51之間的關(guān)系相類似，具有相同或相似的結(jié)構(gòu)。在這里就不進(jìn) 行贅述。
通過設(shè)置可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，可以在將該激光測(cè)孔裝置A放入待測(cè) 孔內(nèi)時(shí)，邊觀察孔內(nèi)情況，邊進(jìn)行激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3之間 的位置調(diào)整。
此外，激光發(fā)生器1并不限于是環(huán)狀激光發(fā)生器，其可以是發(fā)出 一道光束的激光發(fā)生器，此時(shí)，可通過旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)孔壁 的測(cè)量。此外，在使用可發(fā)出一道光束的激光發(fā)生器時(shí)，第三框架 的形狀就不限于筒狀，其可以是其他的各種形狀。
此外，本發(fā)明的光拾取裝置選用的是CCD相機(jī)，但并不限于此， 其也可以選用CMOS相機(jī)或其他的光拾取裝置，只要是能夠拾取到 孔壁反射回來的激光的信息的裝置，都適用于本發(fā)明。
此外，本發(fā)明的第三框架是透明的玻璃制件，但并不限于此，其 也可以是透明的樹脂制件。此外，該第三框架還可以是不透明，但 沿周向設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)沿軸向延伸的長(zhǎng)孔，激光發(fā)生器發(fā)出的激 光通過該長(zhǎng)孔照射到孔壁，通過使該第三框架相對(duì)孔壁旋轉(zhuǎn)，得到 孔壁的沿周向的信息。
〔改型光學(xué)測(cè)孔裝置〕
圖3本發(fā)明實(shí)施方式中采用的改型光學(xué)測(cè)孔裝置的剖面示意圖， 該剖面經(jīng)過裝置中心軸線。圖4是使用圖2所示的光學(xué)測(cè)孔裝置時(shí) 的光學(xué)測(cè)量方法的工作原理示意圖。
如圖3、圖4所示，光學(xué)測(cè)孔裝置Ao在第三框架53上安裝有作 為反光構(gòu)件的反光鏡2。該光學(xué)測(cè)孔裝置A。中，激光發(fā)生器10與上 述光學(xué)測(cè)孔裝置A中的激光發(fā)生器1不同，其余的部件均可參照光 學(xué)測(cè)孔裝置A。
光學(xué)測(cè)孔裝置Ao中，反光鏡2是呈圓錐狀的實(shí)體構(gòu)件，該反光
鏡2用于反射由激光發(fā)生器100發(fā)出的激光束，因此，該反光鏡的 錐角應(yīng)該是大于0。，此外，由于不希望經(jīng)反光鏡2反射的激光束照 到待測(cè)孔內(nèi)壁上所形成的光斑(圖形)不易被CCD相機(jī)3所拍攝到， 因此，優(yōu)選該反光鏡的錐角小于或等于90° ，例如60° 。由此，可 更加有效地改變激光束的路徑，進(jìn)而，縮短光學(xué)測(cè)孔裝置A。的整體 軸向長(zhǎng)度。本改型光學(xué)測(cè)孔裝置反光鏡2的錐角為90° 。
此外，上述反光鏡2是呈圓錐狀的實(shí)體構(gòu)件，但并不限于此，只 要是能起到反射由激光發(fā)生器IOO發(fā)出的激光束的作用即可。例如， 其可以是具有圓錐或圓臺(tái)的側(cè)表面的形狀的空心構(gòu)件，并利用該呈 圓錐或圓臺(tái)狀側(cè)表面的面，反射由激光發(fā)生器IOO發(fā)出的激光束。
對(duì)于將反光鏡2安裝于第三框架53的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，在第 三框架53的內(nèi)壁上設(shè)置有安裝卡子K，將反光鏡2以與第三框架53 同軸的方式安裝在第三框架53內(nèi)。但并不限于此，只要是能夠?qū)⒎?光鏡2安裝于第三框架53的各種安裝方式，均適用于本發(fā)明。
由于使用了作為反光構(gòu)件的反光鏡2，因此，能夠改變由激光發(fā) 生器IOO發(fā)出的激光束的光路，從而，可以縮小光學(xué)測(cè)孔裝置Ao的 整體軸向長(zhǎng)度。此外，還可以降低對(duì)激光發(fā)生器1的要求，可以選 擇出射角較小的激光發(fā)生器。例如，本光學(xué)測(cè)孔裝置所使用的激光
發(fā)生器IOO發(fā)出的激光與待測(cè)孔的軸線間所形成的角度為11.4° 。 〔測(cè)量方法〕
下面，就4吏用上述光學(xué)測(cè)孔裝置的測(cè)量4寺測(cè)孔的方法加以i兌明。 根據(jù)待測(cè)孔的直徑的大小，對(duì)激光發(fā)生器1 (激光光源)和CCD 相機(jī)3(光拾取裝置)間的位置關(guān)系調(diào)整，使之呈如圖1所示的狀態(tài)， 在調(diào)整完成后，將光學(xué)測(cè)孔裝置A放入待測(cè)孔內(nèi)。并使激光發(fā)生器 1發(fā)光。
通過CCD相機(jī)3，拍攝由激光發(fā)生器1發(fā)出的激光照到待測(cè)孔 內(nèi)壁上所形成的光斑(圖形)。
然后對(duì)上述得到的圖形進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為上述待測(cè)孔的內(nèi)壁 的直徑、形狀等數(shù)據(jù)。
孔外調(diào)整時(shí)，存在激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3之間的關(guān)系不是 很合適的情況，即，存在通過CCD相機(jī)3不能完全拾取到上述三維 曲線的情況。此時(shí)，可將整個(gè)光學(xué)測(cè)孔裝置A從待測(cè)孔中取出，對(duì) 上述兩構(gòu)件間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，然后再將光電測(cè)孔裝置放入待測(cè)孔 中。
在激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3之間的位置關(guān)系可以調(diào)節(jié)的情況 下，在將光學(xué)測(cè)孔裝置A放入待測(cè)孔內(nèi)后，可根據(jù)由CCD相4幾3 4尋 到的三維曲線，對(duì)激光發(fā)生器1和CCD相機(jī)3之間的位置關(guān)系進(jìn)行 調(diào)節(jié)。
在使用光學(xué)測(cè)控裝置A。檢測(cè)時(shí)，其檢測(cè)方法基本上與使用光學(xué) 測(cè)孔裝置A的方法相同，唯一不同的地方，激光發(fā)生器100所發(fā)出 的激光束，經(jīng)由反光鏡2反射后，才照到待測(cè)孔孔壁上，形成一條 三維曲線。
此外，在激光發(fā)生器所發(fā)出的激光不是環(huán)形激光時(shí)，例如，所發(fā) 出的激光是一束激光時(shí)，此時(shí)，可通過旋轉(zhuǎn)激光發(fā)生器整體來得到 一條三維曲線。另外，如果第三框架53是整體可透光的部件時(shí)，也 可以僅旋轉(zhuǎn)激光發(fā)生器，由于這樣的結(jié)構(gòu)可通過各種現(xiàn)有手段實(shí)現(xiàn)， 因此，這里就不再贅述。
然后，對(duì)由CCD相機(jī)3得到的三維曲線進(jìn)行處理，將拾取到的 光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為孔的尺寸和/或形狀數(shù)值。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)測(cè)孔方法，包括如下步驟a.將激光光源放入待測(cè)孔內(nèi)并使其工作；b.用與激光光源相向設(shè)置的光拾取裝置拾取由孔壁反射的光；c.對(duì)由光拾取裝置拾取到的信號(hào)進(jìn)行處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特;f正在于，且小于90° 。
3. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特征在于， 在激光光源和光拾取裝置之間設(shè)置反光構(gòu)件。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特征在于， 所述激光光源發(fā)出的光線是圓錐的外表面狀的光束。
5. 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特征在于， 從所述激光光源發(fā)出的光線與待測(cè)孔的軸線成大于或等于0。 、于90。。
6. 如權(quán)利要求3所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特征在于， 所述反光構(gòu)件為圓錐或圓臺(tái)狀，其圓錐角大于0。且小于或等于90c
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)測(cè)孔方法，其特征在于，且小于45° 。
8. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測(cè)孔的方法，其特征在于， 將拾取到的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為孔的尺寸和/或形狀數(shù)值。
9. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測(cè)孔的方法，其特征在于， 還具有根據(jù)通過光拾取裝置得到的信息，調(diào)整激光光源和光拾取裝置間距離的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)測(cè)孔方法，包括如下步驟a.將激光光源放入待測(cè)孔內(nèi)并使其發(fā)光；b.用與激光光源相間設(shè)置的光拾取裝置拾取由孔壁反射的光；c.對(duì)由光拾取裝置拾取到的信號(hào)進(jìn)行處理。通過使用該方法，可非接觸、高效且精度較高地測(cè)孔。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101109623SQ20071014286
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者馮忠偉, 周世圓, 徐春廣, 朱文娟, 肖定國(guó), 娟 郝 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)