一種非接觸式多點測量圓孔內徑的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及幾何量測量領域，特別是涉及一種非接觸式多點測量圓孔內徑的方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國工業制造業的快速發展，精密測量設備在工業制造過程中的作用變得愈 發重要，航空航天、造船造艦、發動機和渦輪機等領域都需要幾何量測量技術作為有效支 撐。每當需要在制造現場測量工件時，幾乎都會面對工件內孔直徑的在機測量問題。傳統 的內孔直徑測量方法，主要有：千分尺、萬能測長儀、阿貝測長儀、百分表。這些方法大多需 要人工手動測量，測量效率低且引入人為誤差，難以實現自動化。此外，新型的測量方法也 有很多，目前主要有：氣動量儀、三坐標測量機和影像測量儀等。然而，三坐標測量機和影像 測量儀無法實現在機檢測，搬運工件需要耗費大量工時，不利于提高生產效率。氣動量儀雖 然可以實現在機測量，但需要人工手動操作，測量效率低。更重要的是，由于工作距的限制， 量具容易與被測件發生碰撞，造成損壞。
[0003] 圓孔內徑的在機、精密、自動化測量問題，一直是我國工業制造領域的難題。綜合 以上背景，主要存在以下幾個難點：
[0004] 1、測量儀器的操作問題：孔徑測量由于受空間和被測量的限制，無法像外尺寸測 量那樣只在外部簡單安裝就能測量，很難實現自動化。
[0005] 2、測量精度的問題：如何實現圓孔內徑的精密測量，一直是亟待解決的問題。
[0006] 3、關于測量效率的問題。在機測量可以節約加工工時，但是仍然存在測量方法的 快速性問題。傳統的在機測量手段，大多采用人工手動測量。測量效率低，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量方法具有重大的現實意義。

【發明內容】

[0007] 本發明提供了一種非接觸式多點測量圓孔內徑的方法，本發明采用定值比較測量 方式，能夠快速準確地測出圓孔內徑，詳見下文描述：
[0008] -種非接觸式多點測量圓孔內徑的方法，所述測量圓孔內徑的方法包括以下步 驟：
[0009] 構建三傳感器定值比較測量頭；
[0010] 對激光位移傳感器的測量光軸進行調整，分別滿足第一測量前和測量時的預設條 件；
[0011] 被測圓孔為所構建三角形的外接圓，根據外接三角形公式獲取被測圓孔的半徑。
[0012] 其中，所述三傳感器定值比較測量頭包括：測量頭底面固定盤，所述測量頭底面固 定盤上設置有測量頭中軸，所述測量頭中軸上套接有角度和量程調節盤，所述角度和量程 調節盤上設置有固定和調節孔，所述測量頭中軸上設置有三個傳感器固定架，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置有傳感器固定和調節螺絲。
[0013] 其中，所述測量頭中軸的頂部設置有測量頭中軸接頭，所述測量頭中軸接頭連接 有測量頭連接桿，所述測量頭連接桿用于與機床主軸連接；所述測量頭中軸的側壁上設置 有數據和電源線通孔。
[0014] 進一步地，所述激光位移傳感器上設置有調節盤連接螺絲；所述激光位移傳感器 為激光三角法測位移傳感器。
[0015] 進一步地，所述第一測量前預設條件為：分別調整三個激光位移傳感器的測量光 軸，使三條測量光軸在同一平面上，且三條測量光軸的延長線交于一點，三條測量光軸兩兩 之間的夾角為120° ;所述第一測量時預設條件為：將三傳感器定值比較測量頭置于圓孔內 部任意位置，調整三傳感器定值比較測量頭，使三條測量光軸位于圓孔的正截面上，以被測 圓孔的圓心為坐標原點，構建X-Y坐標軸。
[0016] 另一實施例，一種非接觸式多點測量圓孔內徑的方法，所述測量圓孔內徑的方法 包括以下步驟：
[0017] 構建四傳感器定值比較測量頭；
[0018] 對激光位移傳感器的測量光軸進行調整，分別滿足第二測量前和測量時的預設條 件；
[0019] 獲取被測圓孔的半徑。
[0020] 其中，所述四傳感器定值比較測量頭包括：測量頭底面固定盤，
[0021] 所述測量頭底面固定盤上設置有測量頭中軸，所述測量頭中軸上套接有角度和量 程調節盤，所述角度和量程調節盤上設置有固定和調節孔，所述測量頭中軸上設置有四個 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置 有傳感器固定和調節螺絲。
[0022] 其中，所述測量頭中軸的頂部設置有測量頭中軸接頭，所述測量頭中軸接頭連接 有測量頭連接桿，所述測量頭連接桿用于與機床主軸連接；所述測量頭中軸的側壁上設置 有數據和電源線通孔。
[0023] 進一步地，所述激光位移傳感器上設置有調節盤連接螺絲；所述激光位移傳感器 為激光三角法測位移傳感器。
[0024] 進一步地，所述第二測量前預設條件為：分別調整四個激光位移傳感器的測量光 軸，使得四條測量光軸在同一平面上，且四條測量光軸的延長線交于一點，相鄰的兩條測量 光軸夾角為90°，且相對的兩條測量光軸在一條直線上；
[0025] 所述第一測量時預設條件為：將四傳感器定值比較測量頭置于圓孔內部任意位 置，調整四傳感器定值比較測量頭，使四條測量光軸所在的平面位于圓孔的正截面上，以被 測圓孔的圓心為坐標原點，構建X-Y坐標軸。
[0026] 本發明提供的技術方案的有益效果是：
[0027] 1、測量安全性：接觸式測量一般要求操作人員位于測量要素附近操作、讀數或引 導，很難實現自動測量。本方法采用的是非接觸式定值比較測量法，非接觸測量頭遠離被測 物表面，提高了測量的安全性。
[0028] 2、測量精確性：采用高精度激光位移傳感器，能夠快速、精確地測出被測物到傳感 器的距離；采用定值比較測量法，大大減少了誤差鏈，有利于提高測量精度。
[0029] 3、操作便利性：本方法測量工件內孔孔徑時，只要將測量頭置于被測孔徑內即可。 無需對心、調整等操作，大大提高了測量效率。
[0030] 4、可實現在機測量：將非接觸測量頭安裝在機床上，利用機床自身的運動執行機 構，可實現在機精密測量。
【附圖說明】
[0031] 圖1為三傳感器定值比較測量頭的結構圖；
[0032] 圖2為激光位移傳感器測量頭中軸結構圖；
[0033] 圖3為激光位移傳感器與固定架組合圖；
[0034] 圖4為三點測量圓孔直徑的測量模型圖；
[0035] 圖5為四傳感器定值比較測量頭的結構圖；
[0036] 圖6為四傳感器測量頭底部拆解結構圖；
[0037] 圖7為四點測量圓孔直徑的測量模型圖。
[0038] 附圖中所列部件列表如下所示：
[0039] 1、測量頭連接桿； 2、角度和量程調節盤；
[0040] 3、固定和調節孔； 4、傳感器固定和調節螺絲；
[0041] 5、激光位移傳感器； 6、傳感器固定架；
[0042] 7、測量頭底面固定盤； 8、測量頭中軸；
[0043] 9、測量頭中軸接頭； 10、數據和電源線通孔；
[0044] 11、激光光束； 12、調節盤連接螺絲。
【具體實施方式】
[0045] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0046] 實施例1
[0047] -種非接觸式多點測量圓孔內徑的方法，參見圖1、圖2、圖3和圖4,該測量圓孔內 徑的方法包括以下步驟：
[0048] 101 :構建三傳感器定值比較測量頭；
[0049] 參見圖1和圖2,三傳感器定值比較測量頭包括：測量頭底面固定盤7,測量頭底面 固定盤7上設置有測量頭中軸8,測量頭中軸8上套接有角度和量程調節盤2,角度和量程 調節盤2上設置有固定和調節孔3,測量頭中軸8上設置有三個傳感器固定架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上設置有傳感器固定和調節螺絲4。
[0050] 參見圖2,測量頭中軸8的頂部設置有測量頭中軸接頭9,測量頭中軸接頭9連接 有測量頭連接桿1，測量頭連接桿1用于與機床主軸連接；測量頭中軸8的側壁上設置有數 據和電源線通孔10。
[0051] 參見圖3,激光位移傳感器5上設置有調節盤連接螺絲12,激光位移傳感器5發射 激光光束11。
[0052] 其中，激光位移傳感器優選激光三角法測位移傳感器。
[0053] 102 :對激光位移傳感器的測量光軸進行調整，分別滿足第一測量前和測量時的預 設條件；
[0054] 參見圖4,測量前，分別調整三個激光位移傳感器5的測量光軸（P3、P2B和P3C)， 使得三條測量光軸在同一平面上，且三條測量光軸的延長線交于一點〇(即〇點表示三個激 光位移傳感器測量光軸的中心），三條測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] 參見圖4,設被測圓孔的圓心是O1A，并以0 為原點，建立X-Y坐標軸。測量時， 將三傳感器定值比較測量頭置于被測圓孔內部任意位置，調整三傳感器定值比較測量頭， 使三條測量光軸P3C)位于被測圓孔的正截面上，此時，O1A為被測圓孔的圓心。
[0056] 103 :被測圓孔為三角形ABC的外接圓，根據外接三角形公式獲取被測圓孔的半 徑。
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