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

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

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本實用新型測頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、尾纖，2、準(zhǔn)直器，3、被測軸孔表面，4、成像物鏡，5、PSD，6、測桿，7、測頭。
具體實施方式
為能進(jìn)一步了解本實用新型的實用新型內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下請參見圖1 圖3，一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測量裝置，包括測桿7，測桿7上設(shè)置有至少一個測量截面，每個測量截面上均布至少兩個測頭6，每個測頭6 均為基于激光三角法測量原理的測量部件。實現(xiàn)軸孔精密測量，測桿的設(shè)計至關(guān)重要。本實用新型中測桿結(jié)構(gòu)如圖1所示，測桿上分布多個測量截面，測量截面的數(shù)量和截面間距可根據(jù)被測軸孔的深度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)被測軸孔只需要單一的內(nèi)徑尺寸測量時，只需在測桿上設(shè)置一個測量截面，在測量截面相對位置分布兩個測頭，按照上述測量方法單次測量即可完成測量截面直徑尺寸的測量。為了提高內(nèi)徑尺寸測量精度，根據(jù)誤差平均效應(yīng)可適當(dāng)增加測頭數(shù)量，如圖2所示，在同一測量截面圓周上均勻分布四個測頭，相鄰兩個測頭位置相互垂直，相對兩個測頭位置在同一直線上。測量時，四個測頭同時工作，單次測量即可完成四個不同徑向方向的測量，大大縮短測量工作時間。同一測量截面上測頭的數(shù)量可根據(jù)被測軸孔的徑向尺寸和實際測量需要而定。當(dāng)被測軸孔較深時，可適當(dāng)增加測量截面數(shù)量，也可在少量測量截面情況下測桿在完成一次測量時，移動測桿到另一位置深度再次進(jìn)行測量，依靠增加測量次數(shù)實現(xiàn)更多截面測量，提高形位誤差測量精度。單截面內(nèi)徑測量精度是保證多截面形位誤差測量精度的前提。當(dāng)被測軸孔徑向尺寸較大時，在同一測量截面上可在條件允許下相應(yīng)增加測頭數(shù)量，單次測量完成更多徑向方向直徑測量，提高單截面內(nèi)徑尺寸測量精度。在小孔徑測量條件下，光源的尺寸是決定整體尺寸的關(guān)鍵因素。本實用新型中光源部分采用帶尾纖的二極管激光發(fā)射器，測桿上設(shè)有專門用于放置尾纖的孔，二極管激光發(fā)射器放置于測桿外部，尾纖經(jīng)測桿內(nèi)孔將外部光源引入到測桿內(nèi)部，將尾纖輸出端固定在測頭上使傳入的激光出射方向垂直于被測軸孔表面。與傳統(tǒng)方法直接將激光器放置于測桿內(nèi)部相比，小尺寸尾纖傳光方式可極大地減小測桿徑向尺寸，降低光源發(fā)熱量，減小由于激光源的發(fā)熱給測量結(jié)果帶來的不利影響。實際工作中，光斑的尺寸直接影響PSD電信號的輸出，進(jìn)而影響測量精度。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。本實用新型采用的測量系統(tǒng)由測量模塊、電路控制模塊和計算機(jī)信號處理模塊組成，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)過程和作業(yè)環(huán)境規(guī)劃測量整體系統(tǒng)和模塊間的工作流程和時間，實現(xiàn)自動化在線測量。具體測量過程如下預(yù)先標(biāo)定測頭，建立測頭輸出電信號與實際被測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測頭的三角法測量原點位置；開啟激光器，激光光源由尾纖傳入并垂直照射到被測軸孔表面發(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將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。通過對電信號的測量，配合相應(yīng)的信號處理算法，即可得出光斑在PSD上的成像位置，然后由結(jié)構(gòu)參數(shù)可計算出相應(yīng)被測軸孔表面的位置，根據(jù)事先的標(biāo)定結(jié)果即可得到此徑向方向上的實際測量半徑。在同一測量截面上綜合四個徑向方向的測量的結(jié)果，完成截面上相互垂直的兩條直徑的測量。多測量截面同時進(jìn)行測量，得到不同截面的內(nèi)徑測量結(jié)果，完成被測軸孔形位誤差的測量。本實用新型利用光纖傳光，在同一測量截面上均勻設(shè)置多個測頭，采用激光三角法的測量原理，單次測量可實現(xiàn)多個徑向方向的測量，測桿上分布多個測量截面可實現(xiàn)對測量軸孔形位誤差的測量。本實用新型是一種基于傳導(dǎo)光源、多測頭的軸孔內(nèi)徑自動化測量裝置，其獨特之處在于測桿與被測軸孔表面之間測量間隙大，對軸孔表面不會造成任何損傷，采用多截面多測頭分布，單次測量可完成多截面多個徑向方向的測量，可同時實現(xiàn)軸孔孔徑和形位誤差的自動化測量，測量速度快、效率高，精度可達(dá)1 μ m。應(yīng)用本實用新型進(jìn)行軸孔內(nèi)徑測量的方法，1)預(yù)先標(biāo)定測頭，建立測量單元輸出電信號與實際被測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測頭的三角法測量原點位置；幻將測桿深入到被測軸孔內(nèi)部一定位置，如圖1所示，開啟激光器，如圖3所示，激光經(jīng)尾纖1傳入到測頭內(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將接收到的光信號轉(zhuǎn)化為可用于測量和處理的電信號輸出；4)按照步驟1)的標(biāo)定結(jié)果，每一個測頭輸出的電信號經(jīng)算法處理后計算出相應(yīng)的被測軸孔表面的位置；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)果可知被測軸孔表面位置與測量原點之間的距離，即可得到被測軸孔兩個相互垂直方向直徑(四個徑向方向半徑)的實際測量尺寸，完成單一測量截面的測量。6)重復(fù)上述步驟，完成多個截面被測軸孔內(nèi)徑的測量，完成被測軸孔形位誤差的測量。盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(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)徑精密測量裝置，其特征在于，包括測桿，所述測桿上設(shè)置有至少一個測量截面，每個測量截面上均布至少兩個測頭，每個測頭均為基于激光三角法測量原理的測量部件。
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)徑精密測量裝置，其特征在于，所述測頭的光源為光纖。
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)徑精密測量裝置，其特征在于，所述光纖加裝有準(zhǔn)直器。
專利摘要本實用新型公開了一種基于激光三角法的多方向軸孔內(nèi)徑精密測量裝置，包括測桿，所述測桿上設(shè)置有至少一個測量截面，每個測量截面上均布至少兩個測頭，每個測頭均為基于激光三角法測量原理的測量部件。本實用新型應(yīng)用激光三角法的測量原理，解決了傳統(tǒng)測量方法測量間隙小的問題，實現(xiàn)在較大間隙情況下完成精密測量；本實用新型中測量所用光源采用光纖傳光的方式，極大地減小了測桿徑向尺寸，降低發(fā)熱量，在小孔徑尺寸測量中具有明顯的優(yōu)勢；本實用新型單次測量即可完成軸孔多個徑向方向直徑尺寸和軸孔形位公差的測量，測量效率高、速度快、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品高自動化的在線測量。
文檔編號G01B11/12GK202013181SQ20112009414
公開日2011年10月19日 申請日期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 申請人:天津大學(xué)