一種高精度非接觸工件內徑測量裝置制造方法
【專利摘要】一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，所述裝置包括固定支架、第一測量桿、第一驅動機構、第一激光測距傳感器和反射鏡，固定支架設置有滑動軌道，第一測量桿的上部連接有滑塊，滑塊與所述滑動軌道連接，第一驅動機構驅動滑塊沿滑動軌道移動，使得第一測量桿的底部能夠進入被測工件的內膛；第一測量桿設置第一激光測距傳感器，第一測量桿的底部設置反射鏡，第一激光測距傳感器能夠發(fā)出測量激光，反射鏡能夠將測量激光反射到被測工件內壁，并將經(jīng)過漫反射的測量激光反射到第一激光測距傳感器，第一激光測距傳感器根據(jù)接受到的光線信息得到被測工件內壁的測量結果。本實用新型為非接觸檢測，避免了因接觸而引起的物體變形、干擾、工作中斷等不利影響。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及激光精密測量【技術領域】，尤其涉及一種高精度非接觸工件內徑測 量裝置。 一種高精度非接觸工件內徑測量裝置

【背景技術】
[0002] 大型工件檢測技術是關系工件生產(chǎn)質量的重大關鍵性技術，隨著研制與生產(chǎn)效率 的提高，對檢測的精度和效率提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的大型工件尺寸檢測采用手工 測量方法，即將卡尺卡在工件尺寸需要檢測的位置，通過人工讀數(shù)來判斷工件尺寸是否合 格。這種手工測量方法，不僅費時費力，并且精度不高，滿足不了現(xiàn)代生產(chǎn)自動化的需要。
[0003] 目前，激光傳感技術被廣泛應用于精密測量，其核心是采用激光測距傳感器，即利 用光電技術對距離進行非接觸精確測量的一種新型傳感器。但是，對于小口徑大內膛的工 件，由于口徑非常小，導致激光測距傳感器無法放入內膛，進而無法對工件內膛的尺寸進行 精確測量。 實用新型內容
[0004] 本實用新型要解決的技術問題是，提供一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，能 夠對小口徑大內膛工件的內膛尺寸進行精確測量。
[0005] 采用的技術方案是：
[0006] -種高精度非接觸工件內徑測量裝置，包括固定支架、第一測量桿、第二測量桿、 第一驅動機構、第二驅動機構、第一激光測距傳感器、第二激光測距傳感器、第三激光測距 傳感器、旋轉架和反射鏡。所述的固定支架設置有滑動軌道，第一測量桿置于旋轉架中，旋 轉架的外壁固定連接有滑塊，滑塊與固定支架所設滑動軌道連接，所述第一驅動機構驅動 滑塊沿滑動軌道上下移動，使得所述第一測量桿的底部能夠通過被測工件的口部進出所述 被測工件的內膛。所述第二驅動機構連接在第一測量桿的頂部，第二驅動機構驅動第一測 量桿在旋轉架中旋轉。所述第一測量桿固定設置第一激光測距傳感器，并且第一激光測距 傳感器位于滑塊的下方，第一測量桿的底部固定設置所述反射鏡，第一激光測距傳感器能 夠發(fā)出測量激光，反射鏡能夠將測量激光反射到被測工件內壁，再將經(jīng)過漫反射的測量激 光反射到第一激光測距傳感器，第一激光測距傳感器根據(jù)接受到的光線信息得到被測工件 內壁的測量結果。
[0007] 上述的第一測量桿的底部設置有托架，托架的上表面與第一測量桿的軸線之間的 夾角呈45°角，托架的上表面固定設置反射鏡，以使反射鏡的鏡面與第一測量桿的軸線之 間的夾角呈45°角，使得第一激光測距傳感器發(fā)出的測量激光與第一測量桿的軸線平行。
[0008] 上述的反射鏡的鏡面的面積為1平方厘米。
[0009] 上述的第一測量桿的橫切面呈為圓弧型。
[0010] 上述的滑塊上面設置有吊環(huán)，吊環(huán)通過鉸鏈與配重機構連接，滑塊位于固定支架 的第一側面，配重機構位于固定支架的第二側面，第一側面和第二側面的位置相對。 toon] 上述的第二激光測距傳感器設置在第一測量桿上，第二激光測距傳感器位于第一 激光測距傳感器和反射鏡之間，第二激光測距傳感器用于測量反射鏡與被測工件底部的距 離。
[0012] 上述的第三激光測距傳感器設置在第二測量桿上，第二測量桿的頂部與第一測 量桿連接，第二測量桿的軸線與第一測量桿的軸線呈一定角度，第二測量桿的底部與第二 測量桿的水平距離大于第一閾值，第三激光測距傳感器用于對所述被測工件的外壁進行測 量。
[0013] 本實用新型采用光電技術對距離進行非接觸測量的一種新型傳感器，它以其高方 向性、高亮度、高單色性等眾多優(yōu)點而成為激光最廣泛的應用之一，具有測量速度快、精度 高、抗干擾能力強、測量點小、適用范圍廣等優(yōu)點，并越來越受到國內外的重視。非接觸檢測 可以克服接觸式檢測的不足，對于各種測量目標都可以進行高靈敏度、高精度、高效率的數(shù) 據(jù)采集，從而實現(xiàn)對被測物各種參數(shù)的非接觸檢測。檢測時并不與工件直接接觸，避免了因 接觸而引起的物體變形、干擾、工作中斷等不利影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型提供的工件測量裝置的結構示意圖。
[0015] 圖2是本實用新型提供的工件測量方法的原理示意圖。
[0016] 圖3是本實用新型提供的工件測量裝置第一測量桿的橫向剖面圖。

【具體實施方式】
[0017] 一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，包括固定支架1、第一測量桿2、第二測量 桿14、第一驅動機構3、第二驅動機構8、第一激光測距傳感器4、第二激光測距傳感器13、 第三激光測距傳感器15、旋轉架7和反射鏡5。所述的固定支架1設置有滑動軌道，第一測 量桿2的橫切面呈為圓弧型，第一測量桿2置于旋轉架7中，旋轉架7的外壁固定連接有滑 塊6,滑塊6與固定支架1所設滑動軌道連接，滑塊6上面設置有吊環(huán)10,吊環(huán)10通過鉸鏈 11與配重機構12連接，滑塊6位于固定支架1的第一側面，配重機構12位于固定支架1的 第二側面，第一側面和第二側面的位置相對。所述第一驅動機構3,驅動滑塊6沿滑動軌道 上下移動，使得所述第一測量桿2的底部能夠通過被測工件16的口部進出所述被測工件的 內膛。所述第二驅動機構8連接在第一測量桿2的頂部，第二驅動機構8驅動第一測量桿 2在旋轉架7中旋轉。所述第一測量桿2固定設置第一激光測距傳感器4,并且第一激光測 距傳感器4位于滑塊6的下方，第一測量桿2的底部設置有托架9,托架9的上表面與第一 測量桿2的軸線之間的夾角呈45°角，托架9的上表面固定設置面積為1平方厘米的反射 鏡5,以使反射鏡5的鏡面與第一測量桿2的軸線之間的夾角呈45°角，使得第一激光測距 傳感器發(fā)出的測量激光與第一測量桿的軸線平行。第一激光測距傳感器4能夠發(fā)出測量激 光，反射鏡5能夠將測量激光反射到被測工件16內壁，再將經(jīng)過漫反射的測量激光反射到 第一激光測距傳感器，第一激光測距傳感器4根據(jù)接受到的光線信息得到被測工件16內壁 的測量結果。所述第二激光測距傳感器13設置在第一測量桿2上，第二激光測距傳感器13 位于第一激光測距傳感器4和反射鏡5之間，第二激光測距傳感器13用于測量反射鏡5與 被測工件16底部的距離。所述第三激光測距傳感器15設置在第二測量桿14上，第二測量 桿14的頂部與第一測量桿2連接，第二測量桿14的軸線與第一測量桿2的軸線呈一定角 度，第二測量桿14的底部與第二測量桿2的水平距離大于第一閾值，第三激光測距傳感器 15用于對所述被測工件16的外壁進行測量，達到非接觸工件內徑及外徑的測量。
[0018] 測量過程中系統(tǒng)定位采用工件口部作為基準定位，由第三激光測距傳感器15以 工件口部定位，首先根據(jù)工件高度值進行粗定位，傳感器以1毫米步進下降，當?shù)谌す鉁y 距傳感器15測到數(shù)值時已經(jīng)越過工件口部位置，再以0. 1毫米步進返回，完成精確定位。第 一測量桿2帶動第一激光測距傳感器4進行分步測量，旋轉280度角進行三組采樣，為了提 高測試速度，第一激光測距傳感器4開始移動速度較快，但是速度不穩(wěn)定，在第一激光測距 傳感器4開始加速到勻速的20度角范圍內不予采樣，進入勻速區(qū)時進行多組數(shù)據(jù)采樣，在 3度角范圍內采樣100次后求平均，第一激光測距傳感器4在開始運動的20度加速區(qū)和結 束運動的20度減速區(qū)內不予采樣。為了提高測量速度和效率，第一激光測距傳感器4所用 的采樣頻率、移動速度及上位機的通信速率之間的合適關系是數(shù)據(jù)穩(wěn)定的關鍵。在3度角 范圍內連續(xù)采樣100次，傳感器的移動速度快，對應傳感器的采樣頻率也高，這樣才能滿足 在3度角范圍內采樣100次；若傳感器的移動速度慢，對應傳感器的采樣頻率低，如果這時 采樣頻率太高，由于上位機的通信速率的限制，不能將全部數(shù)據(jù)返回到工控機，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不 夠穩(wěn)定的現(xiàn)象。因此，傳感器的移動速度、采樣頻率、上位機的通信速率之間要相匹配。
[0019] 采用上述結構的裝置，第一激光測距傳感器4按順序上下移動或轉動測量后，通 過質量分析測量軟件直接測定工件內徑并判斷是否合格。本方法的核心是巧妙的利用三點 法原理和反射鏡相結合來實現(xiàn)工件內部尺寸測量。由于這種小口徑大內膛工件受到小口徑 的限制，高精度的傳感器不能直接深入到內部進行直接測量；利用這種設計方法解決了口 徑小的瓶頸，解決了同類產(chǎn)品測量內膛直徑的問題，滿足實際工業(yè)生產(chǎn)中的需要，相比以往 的測量方法，提高了測量精度，可用于批量工件尺寸的精確測量。具體的三點法原理如下：
[0020] 如圖2所示，外圓是工件的內膛示意圖，內圓是反射鏡的運行軌跡，A、B、C三點分 別為第一激光測距傳感器4發(fā)射激光達到反射鏡的位置，它們之間的關系是三等分內圓， 相當于第一激光測距傳感器4每相隔120°采樣一組。AD，BE，CF可以通過第一激光測距 傳感器4測量得到，由于內圓的運行軌跡已知，0點是測量芯軸的中心，所以A0，B0，C0也可 知，從而算出 E0, F0, D0, 。
[0021] 在ASQF中，E0和F0已知，它們之間的夾角為120°。根據(jù)余弦定理可求出EF 的長度。即，JS^aiO^ + i^-SjtJPOxiiOxcosZSCP·。同理，可得 DF, DE。在 A121F 中， ZEDF可通過余弦定理得出。在外接圓EDF中，根據(jù)正弦定理，即可算出工件內徑。艮P， -翌.-。 升 sia^ZEDF
【權利要求】
1. 一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，包括固定支架（1)、第一測量桿（2)、第二測 量桿（14)、第一驅動機構（3)、第二驅動機構（8)、第一激光測距傳感器（4)、第二激光測距 傳感器（13)、第三激光測距傳感器（15)、旋轉架（7)、和反射鏡（5)，其特征在于所述的固定 支架（1)設置有滑動軌道，第一測量桿（2)置于旋轉架（7)中，旋轉架（7)的外壁固定連接 有滑塊（6)，滑塊（6)與固定支架（1)所設滑動軌道連接，所述第一驅動機構（3)驅動滑塊 (6)沿滑動軌道上下移動，使得所述第一測量桿（2)的底部能夠通過被測工件（16)的口部 進出所述被測工件的內膛；所述第二驅動機構（8)連接在第一測量桿（2)的頂部，第二驅動 機構（8)驅動第一測量桿（2)在旋轉架（7)中旋轉；所述第一測量桿（2)固定設置第一激光 測距傳感器（4)，并且第一激光測距傳感器（4)位于滑塊（6)的下方，第一測量桿（2)的底部 固定設置所述反射鏡（5)，第一激光測距傳感器（4)能夠發(fā)出測量激光，反射鏡（5)能夠將 測量激光反射到被測工件（16)內壁，再將經(jīng)過漫反射的測量激光反射到第一激光測距傳感 器，第一激光測距傳感器根據(jù)接受到的光線信息得到被測工件內壁的測量結果。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的第 一測量桿（2)的底部設置有托架（9)，托架（9)的上表面與第一測量桿（2)的軸線之間的夾 角呈45°角，托架（9)的上表面固定設置反射鏡（5)，以使反射鏡（5)的鏡面與第一測量桿 (2)的軸線之間的夾角呈45°角，使得第一激光測距傳感器發(fā)出的測量激光與第一測量桿 的軸線平行。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的反 射鏡（5)的鏡面的面積為1平方厘米。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的第 一測量桿（2)的橫切面呈為圓弧型。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的滑 塊（6)上面設置有吊環(huán)（10)，吊環(huán)（10)通過鉸鏈（11)與配重機構（12)連接，滑塊（6)位于 固定支架（1)的第一側面，配重機構（12)位于固定支架（1)的第二側面，第一側面和第二側 面的位置相對。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的第 二激光測距傳感器（13 )設置在第一測量桿（2 )上，第二激光測距傳感器（13 )位于第一激光 測距傳感器（4)和反射鏡（5)之間，第二激光測距傳感器（13)用于測量反射鏡（5)與被測 工件（16)底部的距離。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種高精度非接觸工件內徑測量裝置，其特征在于所述的第 三激光測距傳感器設置在第二測量桿上，第二測量桿的頂部與第一測量桿連接，第二測量 桿的軸線與第一測量桿的軸線呈一定角度，第二測量桿的底部與第二測量桿的水平距離大 于第一閾值，第三激光測距傳感器用于對所述被測工件的外壁進行測量。
【文檔編號】G01B11/12GK203893825SQ201420168096
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】姜月秋, 劉曉云, 梁志宏, 高宏偉 申請人:沈陽理工大學