專利名稱：光學(xué)測孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種光學(xué)測孔方法，特別是涉及一 種利用激光的測孔 方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，對于軸向長度較長且直徑逐漸變小的孔的測量， 廣泛采用的測量方法是，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)不能沿孔的軸向進一步放入其中時，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，其測量精度低。此外，當(dāng)孔的沿軸向的長度較長時， 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強度很大，而且，對于 軸向長度較長的孔，基本上沒有辦法實現(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 孑L方法。
本發(fā)明技術(shù)方案1的光學(xué)測孔方法，包括如下步驟a.將激光 光源放入待測孔內(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.對由光拾取裝置拾取到的信號進行處 理。
本測孔方法是通過使用的是一套光學(xué)設(shè)備實現(xiàn)的，因此，本測量
方法是一種非接觸式測量方法，此外，光學(xué)測量的誤差相對較小， 且測量效率較高。從上述的步驟來看，本身步驟較少，容易操控且 產(chǎn)生累積誤差的機會較少。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，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，可以進一步提高測量的精度。
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)測孔方法中，
°且小于90° 。
這樣有利于光拾取裝置對光的拾取。
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)測孔方法中， 使從所述激光光源發(fā)出的光線與待測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)測孔方法中， 所述的反光構(gòu)件為圓錐或圓臺狀，其圓錐角大于0°且小于或等于 90° 。
通過采用圓錐或圓臺狀的反光構(gòu)件，激光光線的從激光光源到待 測孔的內(nèi)壁之間的長度可以大致相等，因此，可以形成形狀相對規(guī) 整的三維曲線，因此，可以得到進一步準(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)測孔方法中，
使從所述激光光源發(fā)出的光線與待測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)測孔的方法中， 將拾取到的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為孔的尺寸和/或形狀數(shù)值。 這樣利于對獲得的信息進行處理。
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，進一步準(zhǔn)確地進行定位，以得到 更為準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明實施方式中采用的一種光學(xué)測孔裝置的剖面示意 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)測孔裝置時的光學(xué)測量方法的工作原 理示意圖。
圖3本發(fā)明實施方式中采用的改型光學(xué)測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)測孔裝置時的光學(xué)測量方法的工作原 理示意圖。
具體實施例方式
下面，基于附圖對本發(fā)明的實施方式加以說明。
圖1是本發(fā)明實施方式中采用的一種光學(xué)測孔裝置的剖面示意
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)測孔裝
置時的光學(xué)測量方法的工作原理示意圖。
如圖1所示，光學(xué)測孔裝置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3。 此外，該光學(xué)測孔裝置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)測孔裝置A放入待測孔內(nèi)時，由激光束照射待測孔內(nèi)壁 而在其上形成圖像，該CCD相機3用于拍攝該圖像。
由于激光發(fā)生器1和CCD相機3可采用現(xiàn)有的公知裝置，因此， 本說明書中省略對它們的說明。
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3被同軸配置。
對于激光發(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，所選用的激光發(fā)生器1發(fā)出的激光與待測孔的軸線 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，不會直接照射到CCD相機 3里，不會造成CCD相機3的損壞。而且，當(dāng)光學(xué)測孔裝置A被》文 入待測孔內(nèi)時，CCD相機3可以拍攝到由激光束在待測孔孔壁上形 成的圖像。
此外，此處的激光發(fā)生器1相對于第一框架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第一框架51沿 軸向移動的結(jié)構(gòu)，該移動結(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 機帶動的與上述螺紋軸配合的轉(zhuǎn)動構(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上與之對應(yīng)的 部分上設(shè)置凹槽或凸起，用作導(dǎo)向機構(gòu)，通過該導(dǎo)向機構(gòu)，通過上 述電動機帶動轉(zhuǎn)動構(gòu)件轉(zhuǎn)動，利用轉(zhuǎn)動構(gòu)件與上述螺紋軸的配合， 將電動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為激光發(fā)生器1的軸向移動，由此，可使激光 發(fā)生器1相對于第一框架沿軸向移動。此外，就上述螺紋軸和轉(zhuǎn)動 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)動構(gòu)件配置在激光發(fā)生器1上，這樣，也可以實現(xiàn)由轉(zhuǎn)動到 直線運動的轉(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相對第一框架51沿軸向移動，
可對激光發(fā)生器1的位置進行微調(diào)。此外，還可以使用隔套，對于
激光發(fā)生器1和第一框架51的位置關(guān)系進行有級調(diào)整。
CCD相機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 行贅述。
通過設(shè)置可移動的結(jié)構(gòu)，可以在將該激光測孔裝置A放入待測 孔內(nèi)時，邊觀察孔內(nèi)情況，邊進行激光發(fā)生器1和CCD相機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，可通過旋轉(zhuǎn)整個裝置來實現(xiàn)對孔壁 的測量。此外，在使用可發(fā)出一道光束的激光發(fā)生器時，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，但并不限于此， 其也可以選用CMOS相機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)置有一個或多個沿軸向延伸的長孔，激光發(fā)生器發(fā)出的激 光通過該長孔照射到孔壁，通過使該第三框架相對孔壁旋轉(zhuǎn)，得到 孔壁的沿周向的信息。
〔改型光學(xué)測孔裝置〕
圖3本發(fā)明實施方式中采用的改型光學(xué)測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)測孔裝置時 的光學(xué)測量方法的工作原理示意圖。
如圖3、圖4所示，光學(xué)測孔裝置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)測孔裝置A。中，激光發(fā)生器10與上 述光學(xué)測孔裝置A中的激光發(fā)生器1不同，其余的部件均可參照光 學(xué)測孔裝置A。
光學(xué)測孔裝置Ao中，反光鏡2是呈圓錐狀的實體構(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 到待測孔內(nèi)壁上所形成的光斑(圖形)不易被CCD相機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，進而，縮短光學(xué)測孔裝置A。的整體 軸向長度。本改型光學(xué)測孔裝置反光鏡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的側(cè)表面的形狀的空心構(gòu)件，并利用該呈 圓錐或圓臺狀側(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)測孔裝置Ao的 整體軸向長度。此外，還可以降低對激光發(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)測孔裝置所使用的激光
發(fā)生器IOO發(fā)出的激光與待測孔的軸線間所形成的角度為11.4° 。 〔測量方法〕
下面，就4吏用上述光學(xué)測孔裝置的測量4寺測孔的方法加以i兌明。 根據(jù)待測孔的直徑的大小，對激光發(fā)生器1 (激光光源)和CCD 相機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)測孔裝置A放入待測孔內(nèi)。并使激光發(fā)生器 1發(fā)光。
通過CCD相機3，拍攝由激光發(fā)生器1發(fā)出的激光照到待測孔 內(nèi)壁上所形成的光斑(圖形)。
然后對上述得到的圖形進行處理，將其轉(zhuǎn)換為上述待測孔的內(nèi)壁 的直徑、形狀等數(shù)據(jù)。
孔外調(diào)整時，存在激光發(fā)生器1和CCD相機3之間的關(guān)系不是 很合適的情況，即，存在通過CCD相機3不能完全拾取到上述三維 曲線的情況。此時，可將整個光學(xué)測孔裝置A從待測孔中取出，對 上述兩構(gòu)件間的關(guān)系進行調(diào)整，然后再將光電測孔裝置放入待測孔 中。
在激光發(fā)生器1和CCD相機3之間的位置關(guān)系可以調(diào)節(jié)的情況 下，在將光學(xué)測孔裝置A放入待測孔內(nèi)后，可根據(jù)由CCD相4幾3 4尋 到的三維曲線，對激光發(fā)生器1和CCD相機3之間的位置關(guān)系進行 調(diào)節(jié)。
在使用光學(xué)測控裝置A。檢測時，其檢測方法基本上與使用光學(xué) 測孔裝置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，例如，所發(fā) 出的激光是一束激光時，此時，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，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)有手段實現(xiàn)， 因此，這里就不再贅述。
然后，對由CCD相機3得到的三維曲線進行處理，將拾取到的 光學(xué)信號轉(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)測孔方法，包括如下步驟a.將激光光源放入待測孔內(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.對由光拾取裝置拾取到的信號進行處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)測孔方法，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)測孔方法，其特征在于， 從所述激光光源發(fā)出的光線與待測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)測孔方法，其特征在于， 所述反光構(gòu)件為圓錐或圓臺狀，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)測孔的方法，其特征在于， 將拾取到的光學(xué)信號轉(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)測孔方法，包括如下步驟a.將激光光源放入待測孔內(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.對由光拾取裝置拾取到的信號進行處理。通過使用該方法，可非接觸、高效且精度較高地測孔。
文檔編號G01B11/24GK101109623SQ20071014286
公開日2008年1月23日 申請日期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, 娟 郝 申請人:北京理工大學(xué)