专利名称：光学测孔装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学测孔装置。
背景技术：
在现有技术中，对于轴向长度较长且直径逐渐变小的孔的测量，广泛采用的量规 来进行测量，即，将一规定大小的量规放入沿孔的径向放入其中，当量规不能沿孔的轴向进 一步放入其中时，就可以得到孔内直径与量规直径大小相近的部位的轴向位置，通过利用 不同大小的量规测试多次，得到孔内壁的数据。但该量规测量精度低。此外，当孔的沿轴向 的长度较长时，很难人工操作，因此，其操作性较差。现有技术中，还有一种测孔装置，其是如橡皮泥等具有一定附着能力和形变能力 的工具。通过将该工具贴在孔的内壁上，获取内壁的状况。但该测孔装置的操作完全依靠 人力，因此，误差和强度很大，而且，对于轴向长度较长的孔，基本上没有办法实现操作。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种结构简单、可非接触测量、测量效率高、测量准 确的光学测孔装置。本实用新型技术方案1的光学测孔装置，具有同向配置的用于发出激光的激光光 源和光拾取装置，还具有反光构件，所述光拾取装置用于接收被待测表面反射的来自所述 激光光源的光，所述反光构件配设在所述光学测孔装置的一端，所述激光光源或光拾取装 置配设在所述光学测孔装置的另一端。本实用新型所使用的光源是激光光源，激光光源具有不易扩散、光密度高等优 点。以光学的方式测量孔壁是一种非接触式测量方式，因此，本装置是一种非接触式的测量 装置。此外，以激光光源作为本实用新型的光源，可以得到较为精确的测量数据。此外，本 实用新型结构简单。另外，以光拾取装置来拾取激光束在孔壁上反射回来的光，本身所使用 的信号就是光信号，因此，测量效率也比较高。在技术方案1的基础上，本实用新型技术方案2的光学测孔装置中，所述激光光源 是环状激光发生器。环状激光发生器发射环状的激光束，不需要激光光源转动，就能在孔壁上形成一 沿周向的完整的图形，可一次测量待测孔一整周的数据，因此，可以进一步提高测量的效率。在技术方案1的基础上，本实用新型技术方案3的光学测孔装置中，所述激光光源 和光拾取装置同轴设置。这样，在利用该光学测孔装置测圆孔时，激光光线的从激光光源到待测孔的内壁 之间的长度大致相等，因此，可以形成形状相对规整的三维曲线，因此，可以便于对其进行处理。 在技术方案1的基础上，本实用新型技术方案4的光学测孔装置中，所述反光构件具有呈圆锥或圆台的侧表面状的反射部，该反射部呈圆锥或圆台的侧表面状，随着远离激 光光源，其直径逐渐变大，并且，其与激光光源和光拾取装置同轴设置。由于反光构 件具有呈圆锥或圆台的侧表面状的反射部，并且，其与激光光源和光 拾取装置同轴设置，在利用该光学测孔装置测圆孔时，激光光线的从激光光源到待测孔的 内壁之间的长度大致相等，因此，可以形成形状相对规整的三维曲线，因此，可以便于对其 进行处理。在技术方案1的基础上，本实用新型技术方案5的光学测孔装置中，所述光学测孔 装置具有安装激光光源、光拾取装置以及反光构件的框架，该框架整体上呈筒状，所述筒的 侧壁由三根平行杆构成。由于在大部分激光传播的途径上都没有任何障碍物的存在，所以其测量数据更 为准确。
图1是本实用新型实施方式1的光学测孔装置的剖面示意图，该剖面经过装置中 心轴线。图2是本实用新型实施方式1的光学测孔装置的工作原理示意图。图3是本实用新型实施方式2的光学测孔装置的剖面示意图，该剖面经过装置中 心轴线。图4是本实用新型实施方式2的光学测孔装置的工作原理示意图。
具体实施方式
〔实施方式1〕下面，基于附图对本实用新型的实施方式加以说明。图1是本实用新型实施方式1的光学测孔装置的剖面示意图，该剖面经过装置中 心轴线。图2是本实用新型实施方式1的光学测孔装置的工作原理示意图。如图1所示，光学测孔装置A具有框架5以及设置在框架5内的作为激光光源的 激光发生器1，作为光拾取装置的CCD相机3。此外，该光学测孔装置A由电源供电。如图1所示，在本实施方式中，激光发生器1是能够发出环状激光的环形激光发生 器，其发出的激光束呈外扩散状，即从形状来看，该激光束呈圆锥的侧表面状。在光学测孔装置A放入待测孔内时，由激光束照射待测孔内壁而在其上形成图 像，该CCD相机3用于拍摄该图像。由于激光发生器1和CXD相机3可采用现有的公知装置，因此，本说明书中省略对 它们的说明。框架5包括用于安装激光发生器1的第一框架51、用于安装CXD相机3的第二框 架52、以及用于连接第一框架51和第二框架52的第三框架53。本实施方式中，第三框架 53为透明的玻璃制的圆筒状部件。之所以选用圆筒状部件，是避免第三框架53对环形激光 发生器发出的激光在向孔内壁照射的过程中对激光路线的影响。此外，第一框架51与第三 框架53间、第二框架52与第三框架53间接合，该接合方式并不特别限定，可以是螺纹或卡 合等多种接合方式。[0027]如图1所示，激光发生器1与第一框架51同轴配置。此外，C⑶相机3与第二框架52同轴配置。由此，通过框架5的各部件间的接合，使得上述激光发生器1和CCD相机 3被同轴配置。对于激光发生器1向第一框架51的安装的结构，可采用各种公知的安装结构，例 如，采用螺纹安装、卡合安装等，例如，在第一框架51的安装孔的靠右侧(图1中的右侧) 的端部附近设置有凸缘部，在将激光发生器1放入安装孔内后，从安装孔的左侧(图2中的 左侧)放入固定件，将激光发生器1安装固定在安装孔内等。CCD相机3向第二框架52的 安装的结构，与激光发生器1向第一框架51的安装的结构相似，故省略其说明。此外，对于第一框架51和第二框架52的材料没有特别的限定，其可以使用树脂材 料，也可以选择金属材料或其它。此外，对于它们的形状，也没有特别的限定，可以是圆柱 形，也可以是大致呈棱柱形状等。本实施方式中使用的是圆柱形。采用圆柱形易于定位，且 易于加工。此外，在第一框架51或/和第二框架52上设置有固定件，用于将光学测孔装置安 装在其它构件上。如图1所示，激光发生器1的激光发射端部10与CXD相机3的镜头端30相向配 置，这样，由激光发生器1发出的激光束便于被光拾取装置所拾取到。所述的激光发生器优选其发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为大于或 等于20°且小于90°的激光发生器。本实施方式中所选用的激光发生器1发出的激光与 待测孔的轴线间所形成的角度为45°。因此，从激光发生器1发出的激光，不会直接照射到CXD相机3里，不会造成CCD 相机3的损坏。而且，当光学测孔装置A被放入待测孔内时，C⑶相机3可以拍摄到由激光 束在待测孔孔壁上形成的图像。此外，在本实施方式中，激光发生器1相对于第一框架51安装是固定安装，但并不 限于此，激光发生器1也可以被安装为可相对第一框架51沿轴向移动的结构，该移动结构 可以采用各种公知结构，例如，在激光发生器1的后端部设置有螺纹轴，在第一框架51内设 置有由电动机带动的与上述螺纹轴配合的转动构件，并且，在激光发生器1的侧表面上，沿 轴向设置有凸起或凹槽，在第一框架51上与之对应的部分上设置凹槽或凸起，用作导向机 构，通过该导向机构，通过上述电动机带动转动构件转动，利用转动构件与上述螺纹轴的配 合，将电动机的转动转换为激光发生器1的轴向移动，由此，可使激光发生器1相对于第一 框架沿轴向移动。此外，就上述螺纹轴和转动构件的配置方式不特别限定，例如，可将螺纹 轴配置在第一框架上而将转动构件配置在激光发生器1上，这样，也可以实现由转动到直 线运动的转换。就导向结构也不特别限定，可以是一条凹槽和凸起的配合，也可以是多条凹 槽和凸起的配合，还可以是其他的导向结构。由此，可通过令激光发生器1相对第一框架51 沿轴向移动，可对激光发生器1的位置进行微调。此外，还可以在激光发生器1和第一框架 51之间配置隔套，对激光发生器1进行有级调整。CXD相机3与第二框架52之间的关系，和激光发生器1与第一框架51之间的关系 相类似，具有相同或相似的结构。在这里就不进行赘述。通过设置可移动的结构，可以在将该激光测孔装置A放入待测孔内时，边观察孔 内情况，边进行激光发生器1和CXD相机3之间的位置调整。[0037]此外，激光发生器1并不限于是环状激光发生器，其可以是发出一道光束的激光 发生器，此时，可通过旋转整个装置来实现对孔壁的测量。此外，在使用可发出一道光束的 激光发生器时，第三框架的形状就不限于筒状，其可以是其他的各种形状。此外，本实用新型的光拾取装置选用的是CCD相机，但并不限于此，其也可以选用 CMOS相机或其他的光拾取装置，只要是能够拾取到孔壁反射回来的激光的信息的装置，都 适用于本实用新型。此外，本实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 的树脂制件。此外，第三框架53也可采用三根平行的杆连接在第一框架51和第二框架52 之间，所述杆沿激光发生器1和CCD相机3的轴线设置，且其在垂直于该轴线的平面内的投 影均勻分布在以该轴线的投影为圆心的圆上，即每根杆与相邻的两根杆具有120度的相位
差。 这样可省去透明的玻璃制的圆筒状部件。一方面使得结构更加简单，另一方面，由 于即使使圆筒状部件采用透明的玻璃制品，也无法完全避免圆筒状部件对光线的折射的影 响，这导致所有激光在传播途径上都要经过玻璃制圆筒状部件，这使得检测的准确性受到 一定程度的影响。而在该杆型的连接结构中，由于在大部分激光传播的途径上都没有任何 障碍物的存在，所以其测量数据更为准确，而对于被三根平行的杆所阻断的激光检测的部 分，在粗略检测时，可通过数据处理省略到该部分的检测数据，由于杆的面积�。圆换� 影响数据的可靠性。在精确检测时，可通过两次检测，而第二次检测时使光学测孔装置围绕 其轴线旋转一个角度，只要使前后两次检测时杆的位置不重合即可。〔实施方式2〕图3本实用新型实施方式2的光学测孔装置的剖面示意图，该剖面经过装置中心 轴线。图4是本实用新型实施方式2的光学测孔装置的工作原理示意图。如图3、图4所示，在第三框架53上安装有作为反光构件的反光镜2，该反光镜2 上具有反光部。本实施方式的光学测孔装置Atl中，激光发生器100与实施方式1不同，其 他的结构可参照上述实施方式，因此，省略对其他部分的说明。本实施方式中，反光镜2是呈圆锥状的实体构件，该反光镜2用于反射由激光发生 器100发出的激光束，因此，该反光镜的锥角应该是大于0°，此外，由于不希望经反光镜2 反射的激光束照到待测孔内壁上所形成的光斑(图形)不易被CCD相机3所拍摄到，因此， 优选该反光镜的锥角小于或等于90°，例如60°。由此，可更加有效地改变激光束的路径， 进而，缩短光学测孔装置AO的整体轴向长度。在本实施方式中，反光镜2的锥角为90°。此外，上述反光镜2是呈圆锥状的实体构件，但并不限于此，只要是能起到反射由 激光发生器100发出的激光束的作用即可。例如，其可以是具有圆锥或圆台的侧表面的形 状的空心构件，并利用该呈圆锥或圆台状侧表面的面，反射由激光发生器100发出的激光 束O如图4所示，反光镜2安装于第三框架53内，且反光镜2与第三框架53同轴。从 左至右依次为激光发生器100、反光镜2、CXD相机。本实施方式中，由于使用了作为反光构件的反光镜2，因此，能够改变由激光发生 器100发出的激光束的光路，从而，可以缩小光学测孔装置Atl的整体轴向长度。此外，还可 以降低对激光发生器的要求，可以选择出射角较小的激光发生器。例如，在本实施方式中所使用的激光发生器100发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为11. 4°。另外，光学测孔装置也可采用从左至右依次为CXD相机、激光发生器100、反光镜2 的结构。激光发生器100朝右侧发出激光，该激光照射到反光镜2上后，反射到待测孔内壁 上，并经由待测孔内壁的反射而被CCD相机接收。该结构在保持光学测孔装置的整体长度 不变的基础上，延长了激光被待测孔内壁反射后到达CCD相机的距离，使得待测孔内壁的 微小的变化可以能够最大限度的在CCD相机中被区分开来。同理，也可采用从左至右依次 为激光发生器100、CXD相机、反光镜2的结构。该两种情况下，CXD相机和激光发生器100 同向配置。〔工作原理〕 下面，就该光学测孔装置的工作原理加以说明。 如图4所示，根据待测孔的直径的大�。约す夥⑸�100 (发光源)、反光镜2 (反 光构件)以及CCD相机3 (光拾取装置)间的位置关系调整，在调整完成后，将光学测孔装 置放入待测孔内。并使激光发生器100发光。激光发生器100所发出的激光束，经由反光镜2反射后，照到待测孔孔壁上，形成 一条三维曲线。孔外调整时，存在激光发生器100、反光镜2以及CXD相机3之间的关系不是很合 适的情况，即，存在通过CCD相机3不能完全拾取到上述三维曲线的情况。此时，可将整个 光学测孔装置Atl从待测孔中取出，对上述两构件间的关系进行调整，然后再将光电测孔装 置放入待测孔中。此外，当激光发生器100或CXD相机3可以移动时，可以边观察三维曲线，边对CXD 相机3或激光发生器100的位置进行调整。此外，在整个光学测孔装置A上没有设置反光镜时，如图2所示，由激光发生器1 发出的激光束直接照到待测孔内壁上，形成一条三维曲线。然后，由CCD相机3直接拾取由 该激光束在待测孔内壁上形成的三维曲线。此外，此时也可以进行激光发生器1或CCD相 机3的移动。此外，在激光发生器所发出的激光不是环形激光时，例如，所发出的激光是一束激 光时，此时，可通过旋转激光发生器整体来得到一条三维曲线。另外，如果第三框架53是整 体可透光的部件时，也可以仅旋转激光发生器，由于这样的结构可通过各种现有手段实现， 因此，这里就不再赘述。然后，对由CXD相机3得到的三维曲线进行处理。
权利要求1.一种光学测孔装置，其特征在于，具有同向配置的用于发出激光的激光光源和光拾取装置，还具有反光构件，所述光拾 取装置用于接收被待测表面反射的来自所述激光光源的光，所述反光构件配设在所述光学 测孔装置的一端，所述激光光源或光拾取装置配设在所述光学测孔装置的另一端。
2.如权利要求1所述的光学测孔装置，其特征在于， 所述激光光源是环状激光发生器。
3.如权利要求1所述的光学测孔装置，其特征在于，所述激光光源和光拾取装置同轴设置。
4.如权利要求1所述的光学测孔装置，其特征在于，所述反光构件具有反射部，该反射部呈圆锥或圆台的侧表面状，随着远离激光光源，其 直径逐渐变大，并且，其与激光光源和光拾取装置同轴设置。
5.如权利要求1所述的光学测孔装置，其特征在于，所述光学测孔装置具有安装激光光源、光拾取装置以及反光构件的框架，该框架整体 上呈筒状，所述筒的侧壁由三根平行杆构成。
专利摘要本实用新型提供一种光学测孔装置，其具有同向配置的用于发出激光的激光光源和光拾取装置，还具有反光构件，所述光拾取装置用于接收被待测表面反射的来自所述激光光源的光，所述反光构件配设在所述光学测孔装置的一端，所述激光光源或光拾取装置配设在所述光学测孔装置的另一端。该装置结构简单、可非接触测量、测量效率高、测量准确。
文档编号G01B11/00GK201837368SQ201020201509
公开日2011年5月18日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者冯忠伟, 周世圆, 徐春广, 朱文娟, 肖定国, 郝娟 申请人:北京理工大学
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