一種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及幾何量測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及一種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)工業(yè)制造業(yè)的快速發(fā)展，精密測(cè)量設(shè)備在工業(yè)制造過(guò)程中的作用變得愈 發(fā)重要，航空航天、造船造艦、發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪機(jī)等領(lǐng)域都需要幾何量測(cè)量技術(shù)作為有效支 撐。每當(dāng)需要在制造現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工件時(shí)，幾乎都會(huì)面對(duì)工件內(nèi)孔直徑的在機(jī)測(cè)量問(wèn)題。傳統(tǒng) 的內(nèi)孔直徑測(cè)量方法，主要有：千分尺、萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀、阿貝測(cè)長(zhǎng)儀、百分表。這些方法大多需 要人工手動(dòng)測(cè)量，測(cè)量效率低且引入人為誤差，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。此外，新型的測(cè)量方法也 有很多，目前主要有：氣動(dòng)量?jī)x、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和影像測(cè)量?jī)x等。然而，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和影像 測(cè)量?jī)x無(wú)法實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測(cè)，搬運(yùn)工件需要耗費(fèi)大量工時(shí)，不利于提高生產(chǎn)效率。氣動(dòng)量?jī)x雖 然可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)測(cè)量，但需要人工手動(dòng)操作，測(cè)量效率低。更重要的是，由于工作距的限制， 量具容易與被測(cè)件發(fā)生碰撞，造成損壞。
[0003] 圓孔內(nèi)徑的在機(jī)、精密、自動(dòng)化測(cè)量問(wèn)題，一直是我國(guó)工業(yè)制造領(lǐng)域的難題。綜合 以上背景，主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn)：
[0004] 1、測(cè)量?jī)x器的操作問(wèn)題：孔徑測(cè)量由于受空間和被測(cè)量的限制，無(wú)法像外尺寸測(cè) 量那樣只在外部簡(jiǎn)單安裝就能測(cè)量，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0005] 2、測(cè)量精度的問(wèn)題：如何實(shí)現(xiàn)圓孔內(nèi)徑的精密測(cè)量，一直是亟待解決的問(wèn)題。
[0006] 3、關(guān)于測(cè)量效率的問(wèn)題。在機(jī)測(cè)量可以節(jié)約加工工時(shí)，但是仍然存在測(cè)量方法的 快速性問(wèn)題。傳統(tǒng)的在機(jī)測(cè)量手段，大多采用人工手動(dòng)測(cè)量。測(cè)量效率低，信息量不足，人 為因素影響較大。因此，尋求快速有效的孔徑測(cè)量方法具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法，本發(fā)明采用定值比較測(cè)量 方式，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)出圓孔內(nèi)徑，詳見(jiàn)下文描述：
[0008] -種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法，所述測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法包括以下步 驟：
[0009] 構(gòu)建三傳感器定值比較測(cè)量頭；
[0010] 對(duì)激光位移傳感器的測(cè)量光軸進(jìn)行調(diào)整，分別滿足第一測(cè)量前和測(cè)量時(shí)的預(yù)設(shè)條 件；
[0011] 被測(cè)圓孔為所構(gòu)建三角形的外接圓，根據(jù)外接三角形公式獲取被測(cè)圓孔的半徑。
[0012] 其中，所述三傳感器定值比較測(cè)量頭包括：測(cè)量頭底面固定盤(pán)，所述測(cè)量頭底面固 定盤(pán)上設(shè)置有測(cè)量頭中軸，所述測(cè)量頭中軸上套接有角度和量程調(diào)節(jié)盤(pán)，所述角度和量程 調(diào)節(jié)盤(pán)上設(shè)置有固定和調(diào)節(jié)孔，所述測(cè)量頭中軸上設(shè)置有三個(gè)傳感器固定架，所述傳感器 固定架上安裝有激光位移傳感器，所述激光位移傳感器上設(shè)置有傳感器固定和調(diào)節(jié)螺絲。
[0013] 其中，所述測(cè)量頭中軸的頂部設(shè)置有測(cè)量頭中軸接頭，所述測(cè)量頭中軸接頭連接 有測(cè)量頭連接桿，所述測(cè)量頭連接桿用于與機(jī)床主軸連接；所述測(cè)量頭中軸的側(cè)壁上設(shè)置 有數(shù)據(jù)和電源線通孔。
[0014] 進(jìn)一步地，所述激光位移傳感器上設(shè)置有調(diào)節(jié)盤(pán)連接螺絲；所述激光位移傳感器 為激光三角法測(cè)位移傳感器。
[0015] 進(jìn)一步地，所述第一測(cè)量前預(yù)設(shè)條件為：分別調(diào)整三個(gè)激光位移傳感器的測(cè)量光 軸，使三條測(cè)量光軸在同一平面上，且三條測(cè)量光軸的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，三條測(cè)量光軸兩兩 之間的夾角為120° ;所述第一測(cè)量時(shí)預(yù)設(shè)條件為：將三傳感器定值比較測(cè)量頭置于圓孔內(nèi) 部任意位置，調(diào)整三傳感器定值比較測(cè)量頭，使三條測(cè)量光軸位于圓孔的正截面上，以被測(cè) 圓孔的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，構(gòu)建X-Y坐標(biāo)軸。
[0016] 另一實(shí)施例，一種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法，所述測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法 包括以下步驟：
[0017] 構(gòu)建四傳感器定值比較測(cè)量頭；
[0018] 對(duì)激光位移傳感器的測(cè)量光軸進(jìn)行調(diào)整，分別滿足第二測(cè)量前和測(cè)量時(shí)的預(yù)設(shè)條 件；
[0019] 獲取被測(cè)圓孔的半徑。
[0020] 其中，所述四傳感器定值比較測(cè)量頭包括：測(cè)量頭底面固定盤(pán)，
[0021] 所述測(cè)量頭底面固定盤(pán)上設(shè)置有測(cè)量頭中軸，所述測(cè)量頭中軸上套接有角度和量 程調(diào)節(jié)盤(pán)，所述角度和量程調(diào)節(jié)盤(pán)上設(shè)置有固定和調(diào)節(jié)孔，所述測(cè)量頭中軸上設(shè)置有四個(gè) 傳感器固定架，所述傳感器固定架上安裝有激光位移傳感器，所述激光位移傳感器上設(shè)置 有傳感器固定和調(diào)節(jié)螺絲。
[0022] 其中，所述測(cè)量頭中軸的頂部設(shè)置有測(cè)量頭中軸接頭，所述測(cè)量頭中軸接頭連接 有測(cè)量頭連接桿，所述測(cè)量頭連接桿用于與機(jī)床主軸連接；所述測(cè)量頭中軸的側(cè)壁上設(shè)置 有數(shù)據(jù)和電源線通孔。
[0023] 進(jìn)一步地，所述激光位移傳感器上設(shè)置有調(diào)節(jié)盤(pán)連接螺絲；所述激光位移傳感器 為激光三角法測(cè)位移傳感器。
[0024] 進(jìn)一步地，所述第二測(cè)量前預(yù)設(shè)條件為：分別調(diào)整四個(gè)激光位移傳感器的測(cè)量光 軸，使得四條測(cè)量光軸在同一平面上，且四條測(cè)量光軸的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，相鄰的兩條測(cè)量 光軸夾角為90°，且相對(duì)的兩條測(cè)量光軸在一條直線上；
[0025] 所述第一測(cè)量時(shí)預(yù)設(shè)條件為：將四傳感器定值比較測(cè)量頭置于圓孔內(nèi)部任意位 置，調(diào)整四傳感器定值比較測(cè)量頭，使四條測(cè)量光軸所在的平面位于圓孔的正截面上，以被 測(cè)圓孔的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，構(gòu)建X-Y坐標(biāo)軸。
[0026] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：
[0027] 1、測(cè)量安全性：接觸式測(cè)量一般要求操作人員位于測(cè)量要素附近操作、讀數(shù)或引 導(dǎo)，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。本方法采用的是非接觸式定值比較測(cè)量法，非接觸測(cè)量頭遠(yuǎn)離被測(cè) 物表面，提高了測(cè)量的安全性。
[0028] 2、測(cè)量精確性：采用高精度激光位移傳感器，能夠快速、精確地測(cè)出被測(cè)物到傳感 器的距離；采用定值比較測(cè)量法，大大減少了誤差鏈，有利于提高測(cè)量精度。
[0029] 3、操作便利性：本方法測(cè)量工件內(nèi)孔孔徑時(shí)，只要將測(cè)量頭置于被測(cè)孔徑內(nèi)即可。 無(wú)需對(duì)心、調(diào)整等操作，大大提高了測(cè)量效率。
[0030] 4、可實(shí)現(xiàn)在機(jī)測(cè)量：將非接觸測(cè)量頭安裝在機(jī)床上，利用機(jī)床自身的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在機(jī)精密測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為三傳感器定值比較測(cè)量頭的結(jié)構(gòu)圖；
[0032] 圖2為激光位移傳感器測(cè)量頭中軸結(jié)構(gòu)圖；
[0033] 圖3為激光位移傳感器與固定架組合圖；
[0034] 圖4為三點(diǎn)測(cè)量圓孔直徑的測(cè)量模型圖；
[0035] 圖5為四傳感器定值比較測(cè)量頭的結(jié)構(gòu)圖；
[0036] 圖6為四傳感器測(cè)量頭底部拆解結(jié)構(gòu)圖；
[0037] 圖7為四點(diǎn)測(cè)量圓孔直徑的測(cè)量模型圖。
[0038] 附圖中所列部件列表如下所示：
[0039] 1、測(cè)量頭連接桿； 2、角度和量程調(diào)節(jié)盤(pán)；
[0040] 3、固定和調(diào)節(jié)孔； 4、傳感器固定和調(diào)節(jié)螺絲；
[0041] 5、激光位移傳感器； 6、傳感器固定架；
[0042] 7、測(cè)量頭底面固定盤(pán)； 8、測(cè)量頭中軸；
[0043] 9、測(cè)量頭中軸接頭； 10、數(shù)據(jù)和電源線通孔；
[0044] 11、激光光束； 12、調(diào)節(jié)盤(pán)連接螺絲。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] -種非接觸式多點(diǎn)測(cè)量圓孔內(nèi)徑的方法，參見(jiàn)圖1、圖2、圖3和圖4,該測(cè)量圓孔內(nèi) 徑的方法包括以下步驟：
[0048] 101 :構(gòu)建三傳感器定值比較測(cè)量頭；
[0049] 參見(jiàn)圖1和圖2,三傳感器定值比較測(cè)量頭包括：測(cè)量頭底面固定盤(pán)7,測(cè)量頭底面 固定盤(pán)7上設(shè)置有測(cè)量頭中軸8,測(cè)量頭中軸8上套接有角度和量程調(diào)節(jié)盤(pán)2,角度和量程 調(diào)節(jié)盤(pán)2上設(shè)置有固定和調(diào)節(jié)孔3,測(cè)量頭中軸8上設(shè)置有三個(gè)傳感器固定架6,傳感器固 定架6上安裝有激光位移傳感器5,激光位移傳感器5上設(shè)置有傳感器固定和調(diào)節(jié)螺絲4。
[0050] 參見(jiàn)圖2,測(cè)量頭中軸8的頂部設(shè)置有測(cè)量頭中軸接頭9,測(cè)量頭中軸接頭9連接 有測(cè)量頭連接桿1，測(cè)量頭連接桿1用于與機(jī)床主軸連接；測(cè)量頭中軸8的側(cè)壁上設(shè)置有數(shù) 據(jù)和電源線通孔10。
[0051] 參見(jiàn)圖3,激光位移傳感器5上設(shè)置有調(diào)節(jié)盤(pán)連接螺絲12,激光位移傳感器5發(fā)射 激光光束11。
[0052] 其中，激光位移傳感器優(yōu)選激光三角法測(cè)位移傳感器。
[0053] 102 :對(duì)激光位移傳感器的測(cè)量光軸進(jìn)行調(diào)整，分別滿足第一測(cè)量前和測(cè)量時(shí)的預(yù) 設(shè)條件；
[0054] 參見(jiàn)圖4,測(cè)量前，分別調(diào)整三個(gè)激光位移傳感器5的測(cè)量光軸（P3、P2B和P3C)， 使得三條測(cè)量光軸在同一平面上，且三條測(cè)量光軸的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)〇(即〇點(diǎn)表示三個(gè)激 光位移傳感器測(cè)量光軸的中心），三條測(cè)量光軸兩兩之間的夾角為120° (即P1A和P2B之 間的夾角為120° AA和P3C之間的夾角為120° ;P2B和P3C之間的夾角為120° )。
[0055] 參見(jiàn)圖4,設(shè)被測(cè)圓孔的圓心是O1A，并以0 為原點(diǎn)，建立X-Y坐標(biāo)軸。測(cè)量時(shí)， 將三傳感器定值比較測(cè)量頭置于被測(cè)圓孔內(nèi)部任意位置，調(diào)整三傳感器定值比較測(cè)量頭， 使三條測(cè)量光軸P3C)位于被測(cè)圓孔的正截面上，此時(shí)，O1A為被測(cè)圓孔的圓心。
[0056] 103 :被測(cè)圓孔為三角形ABC的外接圓，根據(jù)外接三角形公式獲取被測(cè)圓孔的半 徑。
[0057