光学测孔装置的制作方法

文档序号:6130162阅读:196来源:国知局
专利名称:光学测孔装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种光学测孔装置。
背景技术
在现有技术中,对于轴向长度较长且直径逐渐变小的孔的测量, 广泛采用的量规来进行测量,即,将一规定大小的量规放入沿孔的 径向放入其中,当量规不能沿孔的轴向进一步放入其中时,就可以 得到孔内直径与量规直径大小相近的部位的轴向位置,通过利用不 同大小的量规测试多次,得到孔内壁的数据。但该量规测量精度低。 此外,当孔的沿轴向的长度较长时,很难人工操作,因此,其操作 性较差。
现有技术中,还有一种测孔装置,其是如橡皮泥等具有一定附着 能力和形变能力的工具。通过将该工具贴在孔的内壁上,获取内壁 的状况。但该测孔装置的操作完全依靠人力,因此,误差和强度很 大,而且,对于轴向长度较长的孔,基本上没有办法实现操作。

发明内容
本发明的目的在于,提供一种结构简单、可非接触测量、测量效 率高、测量准确的光学测孔装置。
本发明技术方案1的光学测孔装置,具有相向配置的用于发出激 光的激光光源和光拾取装置,所述光拾取装置用于接收被待测表面 反射的来自所述激光光源的光。
本发明所使用的光源是激光光源,激光光源具有不易扩散、光密 度高等优点。以光学的方式测量孔壁是一种非接触式测量方式,因 此,本装置是一种非接触式的测量装置。此外,以激光光源作为本
发明的光源,可以得到较为精确的测量数据。此外,本发明结构简 单。另外,以光拾取装置来拾取激光束在孔壁上反射回来的光,本 身所使用的信号就是光信号,因此,测量效率也比较高。
在技术方案1的基础上,本发明技术方案2的光学测孔装置中, 所述激光光源是环状激光发生器。
环状激光发生器发射环状的激光束,不需要激光光源转动,就能 在孔壁上形成一沿周向的完整的图形,可一次测量待测孔一整周的 数据,因此,可以进一步提高测量的效率。
在技术方案2的基础上,本发明技术方案3的光学测孔装置中, 所述激光光源发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为大于或 等于20。且小于90° 。
由于沿待测孔的径向上来看,激光光源的激光射出点与待测孔的 孔壁之间具有一定的距离,因此,如果射出的激光与待测孔的轴线
间所形成的角度过小,例如r ,则会导致整个光学测孔装置的沿轴 向的长度过长。因此,适当地增大激光束与激光光源的轴线间所形 成的角度,有助于缩短整个光学测孔装置的沿轴向的长度。
在技术方案i的基础上,本发明技术方案4的光学测孔装置中, 所述激光光源和光拾取装置同轴设置。
这样,在利用该光学测孔装置测圆孔时,激光光线的从激光光源 到待测孔的内壁之间的长度大致相等,因此,可以形成形状相对规 整的三维曲线,因此,可以便于对其进行处理。
在技术方案1的基础上,本发明技术方案5的光学测孔装置中,
还具有反光构件,其配设在所述激光光源和光拾取装置之间,用于 反射从激光光源发出的激光束。
通过设置反光构件,进一步缩短激光束从激光光源到待测孔内壁 之间的距离,此外,还可以减少对激光光源出射角(发出的激光与 待测孔中心轴线所形成的角度)的要求,因此,可以进一步缩短光 学测孔装置的沿轴向的长度。
在技术方案5的基础上,本发明技术方案6的光学测孔装置中,
所述反光构件具有呈圆锥或圆台的侧表面状的反射部,并且,其与 激光光源和光拾取装置同轴设置。
由于反光构件具有呈圆锥或圆台的侧表面状的反射部,并且,其 与激光光源和光拾取装置同轴设置,在利用该光学测孔装置测圆孔 时,激光光线的从激光光源到待测孔的内壁之间的长度大致相等, 因此,可以形成形状相对规整的三维曲线,因此,可以便于对其进 行处理。
在技术方案6的基础上,本发明技术方案7的光学测孔装置中, 所述反光构件的圆锥角为大于0°且小于或等于90。。 这样,有利于光学拾取装置对光的拾取。
在技术方案5或6的任意一项的基础上,本发明技术方案8的光
成的角度为大于O。且小于90° 。
由于设置有反光构件,可降低对激光光源出射角的要求,但该激 光所发出的激光束需要射到反光件上,且还需要光拾取装置能够拾 取到激光束所形成的曲线,因此,优选所述激光光源发出与待测孔 的轴线间所形成的角度为大于0°且小于90°的激光。
在技术方案7的基础上,本发明技术方案9的光学测孔装置光学 测孔装置中,所述激光光源发出的激光与待测孔的轴线间所形成的 角度为大于0°且小于45° 。
由于所述反光构件的最大圆锥角为90。,因此,为了使由激光 光源发出的激光束能够投射到反光构件上,需要优选所述激光光源 发出与待测孔的轴线间所形成的角度为大于O。且小于45°的激光。
在技术方案1的基础上,本发明技术方案IO的光学测孔装置中, 还具有调整机构,用于调整所述发光源和所述光拾取装置间的距离。
通过设置该调整机构,可以在边观察由光拾取装置得到的数据, 边对发光源和光拾取装置之间的位置关系进行调整。


图1是本发明实施方式1的光学测孔装置的剖面示意图,该剖面 经过装置中心轴线。
图2是本发明实施方式1的光学测孔装置的工作原理示意图。 图3是本发明实施方式2的光学测孔装置的剖面示意图,该剖面 经过装置中心轴线。
图4是本发明实施方式2的光学测孔装置的工作原理示意图。
具体实施例方式
〔实施方式1〕
下面,基于附图对本发明的实施方式加以说明。
图1是本发明实施方式1的光学测孔装置的剖面示意图,该剖面
经过装置中心轴线。图2是本发明实施方式1的光学测孔装置的工
作原理示意图。
如图1所示,光学测孔装置A具有框架5以及设置在框架5内 的作为激光光源的激光发生器1,作为光拾取装置的CCD相机3。 此外,该光学测孔装置A由电源供电。
如图1所示,在本实施方式中,激光发生器1是能够发出环状激 光的环形激光发生器,其发出的激光束呈外扩散状,即从形状来看, 该激光束呈圓锥的侧表面状。
在光学测孔装置A放入待测孔内时,由激光束照射待测孔内壁 而在其上形成图像,该CCD相机3用于拍摄该图像。
由于激光发生器1和CCD相机3可采用现有的公知装置,因此, 本说明书中省略对它们的说明。
框架5包括用于安装激光发生器1的第 一框架51 、用于安装CCD 相机3的第二框架52、以及用于连接第一框架51和第二框架52的 第三框架53。本实施方式中,第三框架53为透明的玻璃制的圓筒状 部件。之所以选用圆筒状部件,是避免第三框架53对环形激光发生 器发出的激光在向孔内壁照射的过程中对激光路线的影响。此外,
第一框架51与第三框架53间、第二框架52与第三框架53间接合, 该接合方式并不特别限定,可以是螺紋或卡合等多种接合方式。
如图1所示,激光发生器1与第一框架51同轴配置。此外,CCD 相机3与第二框架52同轴配置。由此,通过框架5的各部件间的接 合,使得上述激光发生器1和CCD相机3被同轴配置。
对于激光发生器1向第一框架51的安装的结构,可采用各种公 知的安装结构,例如,采用螺紋安装、卡合安装等,例如,在第一 框架51的安装孔的靠右侧(图1中的右侧)的端部附近设置有凸缘 部,在将激光发生器1放入安装孔内后,从安装孔的左侧(图2中 的左侧)放入固定件,将激光发生器l安装固定在安装孔内等。CCD 相机3向第二框架52的安装的结构,与激光发生器1向第一框架51 的安装的结构相似,故省略其说明。
此外,对于第一框架51和第二框架52的材料没有特别的限定, 其可以使用树脂材料,也可以选择金属材料或其它。此外,对于它 们的形状,也没有特别的限定,可以是圆柱形,也可以是大致呈棱 柱形状等。本实施方式中使用的是圆柱形。采用圆柱形易于定位, 且易于加工。
此外,在第一框架51或/和第二框架52上设置有固定件,用于 将光学测孔装置安装在其它构件上。
如图1所示,激光发生器1的激光发射端部10与CCD相机3 的镜头端30相向配置,这样,由激光发生器1发出的激光束便于被 光拾取装置所拾取到。
的角度为大于或等于20。且小于90°的激光发生器。本实施方式中 所选用的激光发生器1发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度 为45。。
因此,从激光发生器1发出的激光,不会直接照射到CCD相机 3里,不会造成CCD相机3的损坏。而且,当光学测孔装置A被放 入待测孔内时,CCD相机3可以拍4聂到由激光束在4寺测孔孔壁上形
成的图像。
此外,在本实施方式中,激光发生器1相对于第一框架51安装 是固定安装,但并不限于此,激光发生器1也可以被安装为可相对 第 一 框架51沿轴向移动的结构,该移动结构可以采用各种公知结构, 例如,在激光发生器1的后端部设置有螺紋轴,在第一框架51内设 置有由电动机带动的与上述螺紋轴配合的转动构件,并且,在激光 发生器l的侧表面上,沿轴向设置有凸起或凹槽,在第一框架51上 与之对应的部分上设置凹槽或凸起,用作导向机构,通过该导向机 构,通过上述电动机带动转动构件转动,利用转动构件与上述螺紋 轴的配合,将电动机的转动转换为激光发生器1的轴向移动,由此, 可使激光发生器1相对于第一框架沿轴向移动。此外,就上述螺紋 轴和转动构件的配置方式不特别限定,例如,可将螺紋轴配置在第 一框架上而将转动构件配置在激光发生器1上,这样,也可以实现 由转动到直线运动的转换。就导向结构也不特别限定,可以是一条 凹槽和凸起的配合,也可以是多条凹槽和凸起的配合,还可以是其 他的导向结构。由此,可通过令激光发生器1相对第一框架51沿轴 向移动,可对激光发生器1的位置进行微调。此外,还可以在激光 发生器1和第一框架51之间配置隔套,对激光发生器1进行有级调 整。
CCD相机3与第二框架52之间的关系,和激光发生器1与第一 框架51之间的关系相类似,具有相同或相似的结构。在这里就不进 行赘述。
通过设置可移动的结构,可以在将该激光测孔装置A放入待测 孔内时,边观察孔内情况,边进行激光发生器1和CCD相机3之间 的位置调整。
此外,激光发生器1并不限于是环状激光发生器,其可以是发出 一道光束的激光发生器,此时,可通过旋转整个装置来实现对孔壁 的测量。此外,在使用可发出一道光束的激光发生器时,第三框架 的形状就不限于筒状,其可以是其他的各种形状。
此外,本发明的光拾取装置选用的是CCD相机,但并不限于此, 其也可以选用CMOS相机或其他的光拾取装置,只要是能够拾取到 孔壁反射回来的激光的信息的装置,都适用于本发明。
此外,本发明的第三框架是透明的玻璃制件,但并不限于此,其 也可以是透明的树脂制件。此外,该第三框架还可以是不透明,但 沿周向设置有一个或多个沿轴向延伸的长孔,激光发生器发出的激 光通过该长孔照射到孔壁,通过使该第三框架相对孔壁旋转,得到 孔壁的沿周向的信息。 〔实施方式2〕
图3本发明实施方式2的光学测孔装置的剖面示意图,该剖面经 过装置中心轴线。图4是本发明实施方式2的光学测孔装置的工作 原理示意图。
如图3、图4所示,在第三框架53上安装有作为反光构件的反 光镜2,该反光镜2上具有反光部。本实施方式的光学测孔装置A0 中,激光发生器100与实施方式1不同,其他的结构可参照上述实 施方式,因此,省略对其他部分的i兌明。
本实施方式中,反光镜2是呈圆锥状的实体构件,该反光镜2 用于反射由激光发生器100发出的激光束,因此,该反光镜的锥角 应该是大于0。,此外,由于不希望经反光镜2反射的激光束照到待 测孔内壁上所形成的光斑(图形)不易被CCD相机3所拍摄到,因 此,优选该反光镜的锥角小于或等于90° ,例如60° 。由此,可更 加有效地改变激光束的路径,进而,缩短光学测孔装置A。的整体轴 向长度。在本实施方式中,反光镜2的锥角为90。。
此外,上述反光镜2是呈圓锥状的实体构件,但并不限于此,只 要是能起到反射由激光发生器IOO发出的激光束的作用即可。例如, 其可以是具有圆锥或圓台的侧表面的形状的空心构件,并利用该呈 圓锥或圆台状侧表面的面,反射由激光发生器IOO发出的激光束。
对于将反光镜2安装于第三框架53的结构,如图4所示,在第 三框架53的内壁上设置有安装卡子K,将反光镜2以与第三框架53
同轴的方式安装在第三框架53内。但并不限于此,只要是能够将反 光镜2安装于第三框架53的各种安装方式,均适用于本发明。
本实施方式中,由于使用了作为反光构件的反光镜2,因此,能 够改变由激光发生器100发出的激光束的光路,从而,可以缩小光 学测孔装置A。的整体轴向长度。此外,还可以降低对激光发生器的 要求,可以选择出射角较小的激光发生器。例如,在本实施方式中 所使用的激光发生器100发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角 度为11.4° 。
〔工作原理〕
下面,就该光学测孔装置的工作原理加以说明。
如图4所示,根据待测孔的直径的大小,对激光发生器100(发 光源)、反光镜2 (反光构件)以及CCD相机3 (光拾取装置)间 的位置关系调整,在调整完成后,将光学测孔装置放入待测孔内。 并使激光发生器100发光。
激光发生器100所发出的激光束,经由反光镜2反射后,照到待 测孔孔壁上,形成一条三维曲线。
孔外调整时,存在激光发生器100、反光镜2以及CCD相机3 之间的关系不是很合适的情况,即,存在通过CCD相机3不能完全 拾取到上述三维曲线的情况。此时,可将整个光学测孔装置A。从待 测孔中取出,对上述两构件间的关系进行调整,然后再将光电测孔 装置放入待测孔中。
此外,当激光发生器100或CCD相机3可以移动时,可以边只见 察三维曲线,边对CCD相机3或激光发生器100的位置进行调整。
此外,在整个光学测孔装置A上没有设置反光镜时,如图2所 示,由激光发生器1发出的激光束直接照到待测孔内壁上,形成一 条三维曲线。然后,由CCD相机3直接拾取由该激光束在待测孔内 壁上形成的三维曲线。此外,此时也可以进行激光发生器1或CCD 相才几3的移动。
此外,在激光发生器所发出的激光不是环形激光时,例如,所发
出的激光是一束激光时,此时,可通过旋转激光发生器整体来得到
一条三维曲线。另外,如果第三框架53是整体可透光的部件时,也 可以仅旋转激光发生器,由于这样的结构可通过各种现有手段实现, 因此,这里就不再赘述。
然后,对由CCD相机3得到的三维曲线进行处理。
权利要求
1.一种光学测孔装置,其特征在于,具有相向配置的用于发出激光的激光光源和光拾取装置,所述光拾取装置用于接收被待测表面反射的来自所述激光光源的光。
2. 如权利要求1所述的光学测孔装置,其特征在于, 所述激光光源是环状激光发生器。
3. 如权利要求2所述的光学测孔装置,其特征在于, 所述激光光源发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为大于或等于20°且小于90。。
4. 如权利要求2所述的光学测孔装置,其特征在于,所述激光 光源和光拾取装置同轴设置。
5. 如权利要求1所述的光学测孔装置,其特征在于, 还具有反光构件,其配设在所述激光光源和光拾取装置之间,用于反射从激光光源发出的激光束。
6. 如权利要求5所述的光学测孔装置,其特征在于, 所述反光构件在朝向激光光源一侧具有反射部,该反射部呈圆锥或圆台的侧表面状,随着远离激光光源,其直径逐渐变大,并且, 其与激光光源和光拾取装置同轴设置。
7. 如权利要求6所述的光学测孔装置,其特征在于, 所述反光构件的圓锥角为大于0。且小于或等于90。。
8. 如权利要求5或6所述的光学测孔装置,其特征在于,所述激光光源发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为大 于0°且小于90° 。
9. 如权利要求7所述的光学测孔装置,其特征在于,所述激光光源发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为大 于0°且小于45° 。
10. 如权利要求1所述的光学测孔装置,其特征在于, 还具有调整机构,用于调整所述发光源和所述光拾取装置间的距离。
全文摘要
本发明提供光学测孔装置,其具有相向配置的用于发出激光束的激光光源和光拾取装置,所述光拾取装置用于接收被待测表面反射的来自所述激光光源的光。该装置结构简单、可非接触测量、测量效率高、测量准确。
文档编号G01B11/24GK101109622SQ20071014286
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者冯忠伟, 周世圆, 徐春广, 朱文娟, 肖定国, 娟 郝 申请人:北京理工大学
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