專利名稱：光學測孔裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光學測孔裝置。
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，廣泛采用的量規(guī) 來進行測量，即，將一規(guī)定大小的量規(guī)放入沿孔的徑向放入其中，當量規(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，通過利用 不同大小的量規(guī)測試多次，得到孔內(nèi)壁的數(shù)據(jù)。但該量規(guī)測量精度低。此外，當孔的沿軸向 的長度較長時，很難人工操作，因此，其操作性較差?，F(xiàn)有技術(shù)中，還有一種測孔裝置，其是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。但該測孔裝置的操作完全依靠 人力，因此，誤差和強度很大，而且，對于軸向長度較長的孔，基本上沒有辦法實現(xiàn)操作。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可非接觸測量、測量效率高、測量準 確的光學測孔裝置。本實用新型技術(shù)方案1的光學測孔裝置，具有同向配置的用于發(fā)出激光的激光光 源和光拾取裝置，還具有反光構(gòu)件，所述光拾取裝置用于接收被待測表面反射的來自所述 激光光源的光，所述反光構(gòu)件配設(shè)在所述光學測孔裝置的一端，所述激光光源或光拾取裝 置配設(shè)在所述光學測孔裝置的另一端。本實用新型所使用的光源是激光光源，激光光源具有不易擴散、光密度高等優(yōu) 點。以光學的方式測量孔壁是一種非接觸式測量方式，因此，本裝置是一種非接觸式的測量 裝置。此外，以激光光源作為本實用新型的光源，可以得到較為精確的測量數(shù)據(jù)。此外，本 實用新型結(jié)構(gòu)簡單。另外，以光拾取裝置來拾取激光束在孔壁上反射回來的光，本身所使用 的信號就是光信號，因此，測量效率也比較高。在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本實用新型技術(shù)方案2的光學測孔裝置中，所述激光光源 是環(huán)狀激光發(fā)生器。環(huán)狀激光發(fā)生器發(fā)射環(huán)狀的激光束，不需要激光光源轉(zhuǎn)動，就能在孔壁上形成一 沿周向的完整的圖形，可一次測量待測孔一整周的數(shù)據(jù)，因此，可以進一步提高測量的效率。在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本實用新型技術(shù)方案3的光學測孔裝置中，所述激光光源 和光拾取裝置同軸設(shè)置。這樣，在利用該光學測孔裝置測圓孔時，激光光線的從激光光源到待測孔的內(nèi)壁 之間的長度大致相等，因此，可以形成形狀相對規(guī)整的三維曲線，因此，可以便于對其進行處理。 在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本實用新型技術(shù)方案4的光學測孔裝置中，所述反光構(gòu)件具有呈圓錐或圓臺的側(cè)表面狀的反射部，該反射部呈圓錐或圓臺的側(cè)表面狀，隨著遠離激 光光源，其直徑逐漸變大，并且，其與激光光源和光拾取裝置同軸設(shè)置。由于反光構(gòu) 件具有呈圓錐或圓臺的側(cè)表面狀的反射部，并且，其與激光光源和光 拾取裝置同軸設(shè)置，在利用該光學測孔裝置測圓孔時，激光光線的從激光光源到待測孔的 內(nèi)壁之間的長度大致相等，因此，可以形成形狀相對規(guī)整的三維曲線，因此，可以便于對其 進行處理。在技術(shù)方案1的基礎(chǔ)上，本實用新型技術(shù)方案5的光學測孔裝置中，所述光學測孔 裝置具有安裝激光光源、光拾取裝置以及反光構(gòu)件的框架，該框架整體上呈筒狀，所述筒的 側(cè)壁由三根平行桿構(gòu)成。由于在大部分激光傳播的途徑上都沒有任何障礙物的存在，所以其測量數(shù)據(jù)更 為準確。

圖1是本實用新型實施方式1的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面經(jīng)過裝置中 心軸線。圖2是本實用新型實施方式1的光學測孔裝置的工作原理示意圖。圖3是本實用新型實施方式2的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面經(jīng)過裝置中 心軸線。圖4是本實用新型實施方式2的光學測孔裝置的工作原理示意圖。
具體實施方式
〔實施方式1〕下面，基于附圖對本實用新型的實施方式加以說明。圖1是本實用新型實施方式1的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面經(jīng)過裝置中 心軸線。圖2是本實用新型實施方式1的光學測孔裝置的工作原理示意圖。如圖1所示，光學測孔裝置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，該光學測孔裝置A由電源供電。如圖1所示，在本實施方式中，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CXD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?？蚣?包括用于安裝激光發(fā)生器1的第一框架51、用于安裝CXD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。本實施方式中，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。[0027]如圖1所示，激光發(fā)生器1與第一框架51同軸配置。此外，C⑶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放入安裝孔內(nèi)后，從安裝孔的左側(cè)(圖2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，也可以是大致呈棱柱形狀等。本實施方式中使用的是圓柱形。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CXD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。本實施方式中所選用的激光發(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CXD相機3里，不會造成CCD 相機3的損壞。而且，當光學測孔裝置A被放入待測孔內(nèi)時，C⑶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，在本實施方式中，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) 可以采用各種公知結(jié)構(gòu)，例如，在激光發(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，用作導向機 構(gòu)，通過該導向機構(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，還可以在激光發(fā)生器1和第一框架 51之間配置隔套，對激光發(fā)生器1進行有級調(diào)整。CXD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CXD相機3之間的位置調(diào)整。[0037]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，本實用新型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 適用于本實用新型。此外，本實用新型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，第三框架53也可采用三根平行的桿連接在第一框架51和第二框架52 之間，所述桿沿激光發(fā)生器1和CCD相機3的軸線設(shè)置，且其在垂直于該軸線的平面內(nèi)的投 影均勻分布在以該軸線的投影為圓心的圓上，即每根桿與相鄰的兩根桿具有120度的相位
差。 這樣可省去透明的玻璃制的圓筒狀部件。一方面使得結(jié)構(gòu)更加簡單，另一方面，由 于即使使圓筒狀部件采用透明的玻璃制品，也無法完全避免圓筒狀部件對光線的折射的影 響，這導致所有激光在傳播途徑上都要經(jīng)過玻璃制圓筒狀部件，這使得檢測的準確性受到 一定程度的影響。而在該桿型的連接結(jié)構(gòu)中，由于在大部分激光傳播的途徑上都沒有任何 障礙物的存在，所以其測量數(shù)據(jù)更為準確，而對于被三根平行的桿所阻斷的激光檢測的部 分，在粗略檢測時，可通過數(shù)據(jù)處理省略到該部分的檢測數(shù)據(jù)，由于桿的面積小，所以不會 影響數(shù)據(jù)的可靠性。在精確檢測時，可通過兩次檢測，而第二次檢測時使光學測孔裝置圍繞 其軸線旋轉(zhuǎn)一個角度，只要使前后兩次檢測時桿的位置不重合即可?！矊嵤┓绞?〕圖3本實用新型實施方式2的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面經(jīng)過裝置中心 軸線。圖4是本實用新型實施方式2的光學測孔裝置的工作原理示意圖。如圖3、圖4所示，在第三框架53上安裝有作為反光構(gòu)件的反光鏡2，該反光鏡2 上具有反光部。本實施方式的光學測孔裝置Atl中，激光發(fā)生器100與實施方式1不同，其 他的結(jié)構(gòu)可參照上述實施方式，因此，省略對其他部分的說明。本實施方式中，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，縮短光學測孔裝置AO的整體軸向長度。在本實施方式中，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100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100發(fā)出的激光 束O如圖4所示，反光鏡2安裝于第三框架53內(nèi)，且反光鏡2與第三框架53同軸。從 左至右依次為激光發(fā)生器100、反光鏡2、CXD相機。本實施方式中，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100發(fā)出的激光束的光路，從而，可以縮小光學測孔裝置Atl的整體軸向長度。此外，還可 以降低對激光發(fā)生器的要求，可以選擇出射角較小的激光發(fā)生器。例如，在本實施方式中所使用的激光發(fā)生器100發(fā)出的激光與待測孔的軸線間所形成的角度為11. 4°。另外，光學測孔裝置也可采用從左至右依次為CXD相機、激光發(fā)生器100、反光鏡2 的結(jié)構(gòu)。激光發(fā)生器100朝右側(cè)發(fā)出激光，該激光照射到反光鏡2上后，反射到待測孔內(nèi)壁 上，并經(jīng)由待測孔內(nèi)壁的反射而被CCD相機接收。該結(jié)構(gòu)在保持光學測孔裝置的整體長度 不變的基礎(chǔ)上，延長了激光被待測孔內(nèi)壁反射后到達CCD相機的距離，使得待測孔內(nèi)壁的 微小的變化可以能夠最大限度的在CCD相機中被區(qū)分開來。同理，也可采用從左至右依次 為激光發(fā)生器100、CXD相機、反光鏡2的結(jié)構(gòu)。該兩種情況下，CXD相機和激光發(fā)生器100 同向配置。〔工作原理〕 下面，就該光學測孔裝置的工作原理加以說明。 如圖4所示，根據(jù)待測孔的直徑的大小，對激光發(fā)生器100 (發(fā)光源)、反光鏡2 (反 光構(gòu)件)以及CCD相機3 (光拾取裝置)間的位置關(guān)系調(diào)整，在調(diào)整完成后，將光學測孔裝 置放入待測孔內(nèi)。并使激光發(fā)生器100發(fā)光。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，照到待測孔孔壁上，形成 一條三維曲線?？淄庹{(diào)整時，存在激光發(fā)生器100、反光鏡2以及CXD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 光學測孔裝置Atl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。此外，當激光發(fā)生器100或CXD相機3可以移動時，可以邊觀察三維曲線，邊對CXD 相機3或激光發(fā)生器100的位置進行調(diào)整。此外，在整個光學測孔裝置A上沒有設(shè)置反光鏡時，如圖2所示，由激光發(fā)生器1 發(fā)出的激光束直接照到待測孔內(nèi)壁上，形成一條三維曲線。然后，由CCD相機3直接拾取由 該激光束在待測孔內(nèi)壁上形成的三維曲線。此外，此時也可以進行激光發(fā)生器1或CCD相 機3的移動。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CXD相機3得到的三維曲線進行處理。
權(quán)利要求1.一種光學測孔裝置，其特征在于，具有同向配置的用于發(fā)出激光的激光光源和光拾取裝置，還具有反光構(gòu)件，所述光拾 取裝置用于接收被待測表面反射的來自所述激光光源的光，所述反光構(gòu)件配設(shè)在所述光學 測孔裝置的一端，所述激光光源或光拾取裝置配設(shè)在所述光學測孔裝置的另一端。
2.如權(quán)利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于， 所述激光光源是環(huán)狀激光發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于，所述激光光源和光拾取裝置同軸設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于，所述反光構(gòu)件具有反射部，該反射部呈圓錐或圓臺的側(cè)表面狀，隨著遠離激光光源，其 直徑逐漸變大，并且，其與激光光源和光拾取裝置同軸設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于，所述光學測孔裝置具有安裝激光光源、光拾取裝置以及反光構(gòu)件的框架，該框架整體 上呈筒狀，所述筒的側(cè)壁由三根平行桿構(gòu)成。
專利摘要本實用新型提供一種光學測孔裝置，其具有同向配置的用于發(fā)出激光的激光光源和光拾取裝置，還具有反光構(gòu)件，所述光拾取裝置用于接收被待測表面反射的來自所述激光光源的光，所述反光構(gòu)件配設(shè)在所述光學測孔裝置的一端，所述激光光源或光拾取裝置配設(shè)在所述光學測孔裝置的另一端。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、可非接觸測量、測量效率高、測量準確。
文檔編號G01B11/00GK201837368SQ201020201509
公開日2011年5月18日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者馮忠偉, 周世圓, 徐春廣, 朱文娟, 肖定國, 郝娟 申請人:北京理工大學