光學測孔裝置的制作方法

專利名稱：光學測孔裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學測孔裝置。
背景技術：
在現有技術中，對于軸向長度較長且直徑逐漸變小的孔的測量， 廣泛采用的量規來進行測量，即，將一規定大小的量規放入沿孔的 徑向放入其中，當量規不能沿孔的軸向進一步放入其中時，就可以 得到孔內直徑與量規直徑大小相近的部位的軸向位置，通過利用不 同大小的量規測試多次，得到孔內壁的數據。但該量規測量精度低。 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。
現有技術中，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壁上，獲取內壁 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操作。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種結構簡單、可非接觸測量、測量效 率高、測量準確的光學測孔裝置。
本發明技術方案1的光學測孔裝置，具有相向配置的用于發出激 光的激光光源和光拾取裝置，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。
本發明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
發明的光源，可以得到較為精確的測量數據。此外，本發明結構簡 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。
在技術方案1的基礎上，本發明技術方案2的光學測孔裝置中， 所述激光光源是環狀激光發生器。
環狀激光發生器發射環狀的激光束，不需要激光光源轉動，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 數據，因此，可以進一步提高測量的效率。
在技術方案2的基礎上，本發明技術方案3的光學測孔裝置中， 所述激光光源發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° 。
由于沿待測孔的徑向上來看，激光光源的激光射出點與待測孔的 孔壁之間具有一定的距離，因此，如果射出的激光與待測孔的軸線
間所形成的角度過小，例如r ,則會導致整個光學測孔裝置的沿軸 向的長度過長。因此，適當地增大激光束與激光光源的軸線間所形 成的角度，有助于縮短整個光學測孔裝置的沿軸向的長度。
在技術方案i的基礎上，本發明技術方案4的光學測孔裝置中， 所述激光光源和光拾取裝置同軸設置。
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 到待測孔的內壁之間的長度大致相等，因此，可以形成形狀相對規 整的三維曲線，因此，可以便于對其進行處理。
在技術方案1的基礎上，本發明技術方案5的光學測孔裝置中，
還具有反光構件，其配設在所述激光光源和光拾取裝置之間，用于 反射從激光光源發出的激光束。
通過設置反光構件，進一步縮短激光束從激光光源到待測孔內壁 之間的距離，此外，還可以減少對激光光源出射角(發出的激光與 待測孔中心軸線所形成的角度)的要求，因此，可以進一步縮短光 學測孔裝置的沿軸向的長度。
在技術方案5的基礎上，本發明技術方案6的光學測孔裝置中，
所述反光構件具有呈圓錐或圓臺的側表面狀的反射部，并且，其與 激光光源和光拾取裝置同軸設置。
由于反光構件具有呈圓錐或圓臺的側表面狀的反射部，并且，其 與激光光源和光拾取裝置同軸設置，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壁之間的長度大致相等， 因此，可以形成形狀相對規整的三維曲線，因此，可以便于對其進 行處理。
在技術方案6的基礎上，本發明技術方案7的光學測孔裝置中， 所述反光構件的圓錐角為大于0°且小于或等于90。。 這樣，有利于光學拾取裝置對光的拾取。
在技術方案5或6的任意一項的基礎上，本發明技術方案8的光
成的角度為大于O。且小于90° 。
由于設置有反光構件，可降低對激光光源出射角的要求，但該激 光所發出的激光束需要射到反光件上，且還需要光拾取裝置能夠拾 取到激光束所形成的曲線，因此，優選所述激光光源發出與待測孔 的軸線間所形成的角度為大于0°且小于90°的激光。
在技術方案7的基礎上，本發明技術方案9的光學測孔裝置光學 測孔裝置中，所述激光光源發出的激光與待測孔的軸線間所形成的 角度為大于0°且小于45° 。
由于所述反光構件的最大圓錐角為90。，因此，為了使由激光 光源發出的激光束能夠投射到反光構件上，需要優選所述激光光源 發出與待測孔的軸線間所形成的角度為大于O。且小于45°的激光。
在技術方案1的基礎上，本發明技術方案IO的光學測孔裝置中， 還具有調整機構，用于調整所述發光源和所述光拾取裝置間的距離。
通過設置該調整機構，可以在邊觀察由光拾取裝置得到的數據， 邊對發光源和光拾取裝置之間的位置關系進行調整。


圖1是本發明實施方式1的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面 經過裝置中心軸線。
圖2是本發明實施方式1的光學測孔裝置的工作原理示意圖。 圖3是本發明實施方式2的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面 經過裝置中心軸線。
圖4是本發明實施方式2的光學測孔裝置的工作原理示意圖。
具體實施例方式
〔實施方式1〕
下面，基于附圖對本發明的實施方式加以說明。
圖1是本發明實施方式1的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面
經過裝置中心軸線。圖2是本發明實施方式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以及設置在框架5內 的作為激光光源的激光發生器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，激光發生器1是能夠發出環狀激 光的環形激光發生器，其發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表面狀。
在光學測孔裝置A放入待測孔內時，由激光束照射待測孔內壁 而在其上形成圖像，該CCD相機3用于拍攝該圖像。
由于激光發生器1和CCD相機3可采用現有的公知裝置，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。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對環形激光發生 器發出的激光在向孔內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1所示，激光發生器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，使得上述激光發生器1和CCD相機3被同軸配置。
對于激光發生器1向第一框架51的安裝的結構，可采用各種公 知的安裝結構，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(圖1中的右側)的端部附近設置有凸緣 部，在將激光發生器1放入安裝孔內后，從安裝孔的左側(圖2中 的左側)放入固定件，將激光發生器l安裝固定在安裝孔內等。CCD 相機3向第二框架52的安裝的結構，與激光發生器1向第一框架51 的安裝的結構相似，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上設置有固定件，用于 將光學測孔裝置安裝在其它構件上。
如圖1所示，激光發生器1的激光發射端部10與CCD相機3 的鏡頭端30相向配置，這樣，由激光發生器1發出的激光束便于被 光拾取裝置所拾取到。
的角度為大于或等于20。且小于90°的激光發生器。本實施方式中 所選用的激光發生器1發出的激光與待測孔的軸線間所形成的角度 為45。。
因此，從激光發生器1發出的激光，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，當光學測孔裝置A被放 入待測孔內時，CCD相機3可以拍4聶到由激光束在4寺測孔孔壁上形
成的圖像。
此外，在本實施方式中，激光發生器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沿軸向移動的結構，該移動結構可以采用各種公知結構， 例如，在激光發生器1的后端部設置有螺紋軸，在第一框架51內設 置有由電動機帶動的與上述螺紋軸配合的轉動構件，并且，在激光 發生器l的側表面上，沿軸向設置有凸起或凹槽，在第一框架51上 與之對應的部分上設置凹槽或凸起，用作導向機構，通過該導向機 構，通過上述電動機帶動轉動構件轉動，利用轉動構件與上述螺紋 軸的配合，將電動機的轉動轉換為激光發生器1的軸向移動，由此， 可使激光發生器1相對于第一框架沿軸向移動。此外，就上述螺紋 軸和轉動構件的配置方式不特別限定，例如，可將螺紋軸配置在第 一框架上而將轉動構件配置在激光發生器1上，這樣，也可以實現 由轉動到直線運動的轉換。就導向結構也不特別限定，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 他的導向結構。由此，可通過令激光發生器1相對第一框架51沿軸 向移動，可對激光發生器1的位置進行微調。此外，還可以在激光 發生器1和第一框架51之間配置隔套，對激光發生器1進行有級調 整。
CCD相機3與第二框架52之間的關系，和激光發生器1與第一 框架51之間的關系相類似，具有相同或相似的結構。在這里就不進 行贅述。
通過設置可移動的結構，可以在將該激光測孔裝置A放入待測 孔內時，邊觀察孔內情況，邊進行激光發生器1和CCD相機3之間 的位置調整。
此外，激光發生器1并不限于是環狀激光發生器，其可以是發出 一道光束的激光發生器，此時，可通過旋轉整個裝置來實現對孔壁 的測量。此外，在使用可發出一道光束的激光發生器時，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，都適用于本發明。
此外，本發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 沿周向設置有一個或多個沿軸向延伸的長孔，激光發生器發出的激 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，得到 孔壁的沿周向的信息。 〔實施方式2〕
圖3本發明實施方式2的光學測孔裝置的剖面示意圖，該剖面經 過裝置中心軸線。圖4是本發明實施方式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A0 中，激光發生器100與實施方式1不同，其他的結構可參照上述實 施方式，因此，省略對其他部分的i兌明。
本實施方式中，反光鏡2是呈圓錐狀的實體構件，該反光鏡2 用于反射由激光發生器100發出的激光束，因此，該反光鏡的錐角 應該是大于0。，此外，由于不希望經反光鏡2反射的激光束照到待 測孔內壁上所形成的光斑(圖形)不易被CCD相機3所拍攝到，因 此，優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A。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件，但并不限于此，只 要是能起到反射由激光發生器IOO發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表面的形狀的空心構件，并利用該呈 圓錐或圓臺狀側表面的面，反射由激光發生器IOO發出的激光束。
對于將反光鏡2安裝于第三框架53的結構，如圖4所示，在第 三框架53的內壁上設置有安裝卡子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。但并不限于此，只要是能夠將反 光鏡2安裝于第三框架53的各種安裝方式，均適用于本發明。
本實施方式中，由于使用了作為反光構件的反光鏡2，因此，能 夠改變由激光發生器100發出的激光束的光路，從而，可以縮小光 學測孔裝置A。的整體軸向長度。此外，還可以降低對激光發生器的 要求，可以選擇出射角較小的激光發生器。例如，在本實施方式中 所使用的激光發生器100發出的激光與待測孔的軸線間所形成的角 度為11.4° 。
〔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，根據待測孔的直徑的大小，對激光發生器100(發 光源)、反光鏡2 (反光構件)以及CCD相機3 (光拾取裝置)間 的位置關系調整，在調整完成后，將光學測孔裝置放入待測孔內。 并使激光發生器100發光。
激光發生器100所發出的激光束，經由反光鏡2反射后，照到待 測孔孔壁上，形成一條三維曲線。
孔外調整時，存在激光發生器100、反光鏡2以及CCD相機3 之間的關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A。從待 測孔中取出，對上述兩構件間的關系進行調整，然后再將光電測孔 裝置放入待測孔中。
此外，當激光發生器100或CCD相機3可以移動時，可以邊只見 察三維曲線，邊對CCD相機3或激光發生器100的位置進行調整。
此外，在整個光學測孔裝置A上沒有設置反光鏡時，如圖2所 示，由激光發生器1發出的激光束直接照到待測孔內壁上，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 壁上形成的三維曲線。此外，此時也可以進行激光發生器1或CCD 相才幾3的移動。
此外，在激光發生器所發出的激光不是環形激光時，例如，所發
出的激光是一束激光時，此時，可通過旋轉激光發生器整體來得到
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 可以僅旋轉激光發生器，由于這樣的結構可通過各種現有手段實現， 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。
權利要求
1.一種光學測孔裝置，其特征在于，具有相向配置的用于發出激光的激光光源和光拾取裝置，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。
2. 如權利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于， 所述激光光源是環狀激光發生器。
3. 如權利要求2所述的光學測孔裝置，其特征在于， 所述激光光源發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。。
4. 如權利要求2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置。
5. 如權利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于， 還具有反光構件，其配設在所述激光光源和光拾取裝置之間，用于反射從激光光源發出的激光束。
6. 如權利要求5所述的光學測孔裝置，其特征在于， 所述反光構件在朝向激光光源一側具有反射部，該反射部呈圓錐或圓臺的側表面狀，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置。
7. 如權利要求6所述的光學測孔裝置，其特征在于， 所述反光構件的圓錐角為大于0。且小于或等于90。。
8. 如權利要求5或6所述的光學測孔裝置，其特征在于，所述激光光源發出的激光與待測孔的軸線間所形成的角度為大 于0°且小于90° 。
9. 如權利要求7所述的光學測孔裝置，其特征在于，所述激光光源發出的激光與待測孔的軸線間所形成的角度為大 于0°且小于45° 。
10. 如權利要求1所述的光學測孔裝置，其特征在于， 還具有調整機構，用于調整所述發光源和所述光拾取裝置間的距離。
全文摘要
本發明提供光學測孔裝置，其具有相向配置的用于發出激光束的激光光源和光拾取裝置，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。該裝置結構簡單、可非接觸測量、測量效率高、測量準確。
文檔編號G01B11/24GK101109622SQ20071014286
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月1日 優先權日2007年8月1日
發明者馮忠偉, 周世圓, 徐春廣, 朱文娟, 肖定國, 娟 郝 申請人:北京理工大學