专利名称：光学测孔方法
技术领域：
本发明涉及一 种光学测孔方法，特别是涉及一 种利用激光的测孔 方法。
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， 广泛采用的测量方法是，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，通过不同大小的量规》 测试多次，可得到孔内壁的数据。但该方法仅适合于孔径逐渐变小 的孔，而且，其测量精度低。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，还有一种测孔方法，其是使用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。但该方法的误差和所需的劳动强度很大，而且，对于 轴向长度较长的孔，基本上没有办法实现操作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种非接触式高效且精度较高的光学测 孑L方法。
本发明技术方案1的光学测孔方法，包括如下步骤a.将激光 光源放入待测孔内并使其发光；b.用与激光光源相向设置的光拾取 装置拾取由孔壁反射的光；c.对由光拾取装置拾取到的信号进行处 理。
本测孔方法是通过使用的是一套光学设备实现的，因此，本测量
方法是一种非接触式测量方法，此外，光学测量的误差相对较小， 且测量效率较高。从上述的步骤来看，本身步骤较少，容易操控且 产生累积误差的机会较少。因此，本方法是一种非接触地高效且精 度较高的方法。此外，由于激光光源本身具有光密度高且不易散射 的特点，因此，采用激光作为激光光源，可以减少数据的采集量。 因此，可以进一步提高测量的精度。
在技术方案1的基础上，本发明技术方案2的光学测孔方法中，
°且小于90° 。
这样有利于光拾取装置对光的拾取。
在技术方案1的基础上，本发明技术方案3的光学测孔方法中， 在激光光源和光拾取装置之间设置反光构件。
通过在激光光源和光拾取装置间设置反光构件，可降低对光源的 要求，并利于提高操作的便利性。
在技术方案1或3的基础上，本发明技术方案4的光学测孔方法 中，使所述激光光源发出的光线是圆锥的外表面状的光束。
通过采用呈圓锥外表面状的光束，可以不旋转光源或装置本身就 可测得孔整周的数据，因此，效率较高。
在技术方案3的基础上，本发明技术方案5的光学测孔方法中， 使从所述激光光源发出的光线与待测孔的轴线成大于或等于0°且 小于90。。
这样有利于光拾取装置对光的拾取。
在技术方案3的基础上，本发明技术方案6的光学测孔方法中， 所述的反光构件为圓锥或圆台状，其圆锥角大于0°且小于或等于 90° 。
通过采用圓锥或圆台状的反光构件，激光光线的从激光光源到待 测孔的内壁之间的长度可以大致相等，因此，可以形成形状相对规 整的三维曲线，因此，可以得到进一步准确的数据
在技术方案6的基础上，本发明技术方案7的光学测孔方法中，
使从所述激光光源发出的光线与待测孔的轴线成大于或等于0°且 小于45° 。
这样有利于光拾取装置对光的拾取。
在技术方案1的基础上，本发明技术方案8的光学测孔的方法中， 将拾取到的光学信号转换为孔的尺寸和/或形状数值。 这样利于对获得的信息进行处理。
在技术方案1的基础上，本发明技术方案9的光学测孔的方法中， 还具有根据通过光拾取装置得到的信息，调整激光光源和光拾取装 置间距离的步骤。
通过使用光拾取元件得到数据，进行激光光源和光拾取装置间的 距离的调整，可通过得到的信息，进一步准确地进行定位，以得到 更为准确的测量数据。
图1是本发明实施方式中采用的一种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是使用图1所示的光学测孔装置时的光学测量方法的工作原 理示意图。
图3本发明实施方式中采用的改型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是使用图2所示的光学测孔装置时的光学测量方法的工作原 理示意图。
具体实施例方式
下面，基于附图对本发明的实施方式加以说明。
图1是本发明实施方式中采用的一种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是使用图1所示的光学测孔装
置时的光学测量方法的工作原理示意图。
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，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，该激光束呈圓锥 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CCD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CCD 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。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，可以是螺紋或卡合等多种接合方式。
如图2所示，激光发生器1与第一框架51同轴配置。此外，CCD 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，采用螺紋安装、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放入安装孔后，从安装孔的左侧(图1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，也可以是棱柱形状
等。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CCD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1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。在使用本激 光发生器1时，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CCD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》文 入待测孔内时，CCD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，此处的激光发生器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^^知结构，例如，在;敫 光发生器1的后端部设置有螺紋轴，在第一框架51内设置有由电动 机带动的与上述螺紋轴配合的转动构件，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紋轴的配合， 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，就上述螺紋轴和转动 构件的配置方式不特别限定，例如，可将螺紋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，还可以使用隔套，对于
激光发生器1和第一框架51的位置关系进行有级调整。
CCD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CCD相机3之间 的位置调整。
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，本发明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，都适用于本发明。
此外，本发明的第三框架是透明的玻璃制件，但并不限于此，其 也可以是透明的树脂制件。此外，该第三框架还可以是不透明，但 沿周向设置有一个或多个沿轴向延伸的长孔，激光发生器发出的激 光通过该长孔照射到孔壁，通过使该第三框架相对孔壁旋转，得到 孔壁的沿周向的信息。
〔改型光学测孔装置〕
图3本发明实施方式中采用的改型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是使用图2所示的光学测孔装置时 的光学测量方法的工作原理示意图。
如图3、图4所示，光学测孔装置Ao在第三框架53上安装有作 为反光构件的反光镜2。该光学测孔装置A。中，激光发生器10与上 述光学测孔装置A中的激光发生器1不同，其余的部件均可参照光 学测孔装置A。
光学测孔装置Ao中，反光镜2是呈圓锥状的实体构件，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A。的整体 轴向长度。本改型光学测孔装置反光镜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IOO发出的激光束的作用即可。例如， 其可以是具有圓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IOO发出的激光束。
对于将反光镜2安装于第三框架53的结构，如图4所示，在第 三框架53的内壁上设置有安装卡子K，将反光镜2以与第三框架53 同轴的方式安装在第三框架53内。但并不限于此，只要是能够将反 光镜2安装于第三框架53的各种安装方式，均适用于本发明。
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IOO发出的激光束的光路，从而，可以缩小光学测孔装置Ao的 整体轴向长度。此外，还可以降低对激光发生器1的要求，可以选 择出射角较小的激光发生器。例如，本光学测孔装置所使用的激光
发生器IOO发出的激光与待测孔的轴线间所形成的角度为11.4° 。 〔测量方法〕
下面，就4吏用上述光学测孔装置的测量4寺测孔的方法加以i兌明。 根据待测孔的直径的大小，对激光发生器1 (激光光源)和CCD 相机3(光拾取装置)间的位置关系调整，使之呈如图1所示的状态， 在调整完成后，将光学测孔装置A放入待测孔内。并使激光发生器 1发光。
通过CCD相机3，拍摄由激光发生器1发出的激光照到待测孔 内壁上所形成的光斑(图形)。
然后对上述得到的图形进行处理，将其转换为上述待测孔的内壁 的直径、形状等数据。
孔外调整时，存在激光发生器1和CCD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A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。
在激光发生器1和CCD相机3之间的位置关系可以调节的情况 下，在将光学测孔装置A放入待测孔内后，可根据由CCD相4几3 4寻 到的三维曲线，对激光发生器1和CCD相机3之间的位置关系进行 调节。
在使用光学测控装置A。检测时，其检测方法基本上与使用光学 测孔装置A的方法相同，唯一不同的地方，激光发生器100所发出 的激光束，经由反光镜2反射后，才照到待测孔孔壁上，形成一条 三维曲线。
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CCD相机3得到的三维曲线进行处理，将拾取到的 光学信号转换为孔的尺寸和/或形状数值。
权利要求
1.一种光学测孔方法，包括如下步骤a.将激光光源放入待测孔内并使其工作；b.用与激光光源相向设置的光拾取装置拾取由孔壁反射的光；c.对由光拾取装置拾取到的信号进行处理。
2. 如权利要求1所述的光学测孔方法，其特;f正在于，且小于90° 。
3. 如权利要求1所述的光学测孔方法，其特征在于， 在激光光源和光拾取装置之间设置反光构件。
4. 如权利要求1或3所述的光学测孔方法，其特征在于， 所述激光光源发出的光线是圓锥的外表面状的光束。
5. 如权利要求3所述的光学测孔方法，其特征在于， 从所述激光光源发出的光线与待测孔的轴线成大于或等于0。 、于90。。
6. 如权利要求3所述的光学测孔方法，其特征在于， 所述反光构件为圓锥或圆台状，其圓锥角大于0。且小于或等于90c
7.如权利要求6所述的光学测孔方法，其特征在于，且小于45° 。
8. 如权利要求1所述的光学测孔的方法，其特征在于， 将拾取到的光学信号转换为孔的尺寸和/或形状数值。
9. 如权利要求1所述的光学测孔的方法，其特征在于， 还具有根据通过光拾取装置得到的信息，调整激光光源和光拾取装置间距离的步骤。
全文摘要
本发明提供一种光学测孔方法，包括如下步骤a.将激光光源放入待测孔内并使其发光；b.用与激光光源相间设置的光拾取装置拾取由孔壁反射的光；c.对由光拾取装置拾取到的信号进行处理。通过使用该方法，可非接触、高效且精度较高地测孔。
文档编号G01B11/24GK101109623SQ20071014286
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者冯忠伟, 周世圆, 徐春广, 朱文娟, 肖定国, 娟 郝 申请人:北京理工大学