CN102997857B - 孔径测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种孔径测量装置及方法，该装置包括：底座；移动平台，设于底座上，并且相对于底座可滑动；平台驱动装置，用于驱动移动平台滑动；两个CCD相机，固定于底座上，并间隔相对设置，两个CCD相机均具有摄像镜头，并且相对安置；两个远心透镜，分别设于两个CCD相机的镜头处；两个光源，分别安装在两个远心透镜中；定位夹具，固定于移动平台上，并且位于两个摄像孔之间；反光镜，靠近定位夹具设置，反光镜的相对两侧面均为反射面；反光镜驱动装置，设于移动平台上，用于驱动反光镜移动；平台驱动装置驱动移动平台在两个CCD相机之间移动。上述孔径测量装置及方法，其可测量具有多层结构的工件的中间孔径，并且检测效率较高、速度较快、可避免刮伤待检测工件。

Description

孔径测量装置及方法

【技术领域】

本发明涉及一种测量装置及方法，特别是涉及一种孔径测量装置及方法。

【背景技术】

在检测一个具有多层结构的工件的中间孔径时，例如，检测硬盘磁头驱动架的中间指片的尾孔的孔径，使用光学检测技术一直很难实现。

请参阅图1，一种检测硬盘磁头驱动架10，其包括四个指片，分别为第一指片11、第二指片12、第三指片13及第四指片14，其中，第一指片11及第四指片14位于外侧，第二指片12及第三指片13位于中间，第一指片11、第二指片12、第三指片13及第四指片14分别对应设置有尾孔11a、12a、13a、14a。为了检测中间指片（即第二指片12及第三指片13）的尾孔12a、13a的孔径，在该领域一直使用接触式测量，但接触式测量需要检测多点才能计算圆的直径，速度慢，效率低，有时还会对工件内壁产生刮伤，在大批量的生产过程中，难以实现全检。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种孔径测量装置及方法，其可测量具有多层结构的工件的中间孔径，并且检测效率较高、速度较快、可避免刮伤工件。

一种孔径测量装置，包括：

底座；

移动平台，设于所述底座上，并且相对于所述底座可滑动；

平台驱动装置，用于驱动所述移动平台滑动；

CCD相机A及CCD相机B，固定于所述底座上，并间隔相对设置，所述CCD相机A及CCD相机B均具有摄像孔，并且所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔相对设置；

远心透镜A及远心透镜B，分别设于所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔处；

光源A及光源B，分别靠近所述远心透镜A及远心透镜B设置；

定位夹具，固定于所述移动平台上，并且位于所述两个摄像孔之间；

反光镜，靠近所述定位夹具设置，所述反光镜的相对两侧面均为反射面；及

反光镜驱动装置，设于所述移动平台上，用于驱动反光镜移动；

其中，所述CCD相机A、CCD相机B的摄像孔、远心透镜A、远心透镜B、光源A及光源B位于同一条光轴上；所述平台驱动装置驱动所述移动平台在所述CCD相机A与CCD相机B之间移动，以改变所述定位夹具与所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔之间的间距；所述反光镜驱动装置可驱动所述反光镜插入到所述光轴上。

相较于传统的孔径测量装置，上述孔径测量装置至少具有以下优点：

（1）上述孔径测量装置的光源发射的光线，通过反光镜片的反射，照射到中间延伸部的上表面或下表面，从而获取中间延伸部的轮廓尺寸，进而获取中间延伸部的通孔的孔径。

（2）上述孔径测量装置可采用非接触的方式测量孔径，其测试速度快，例如，一个具有四个延伸部的工件完成测试仅6S左右，而接触式测量需30S。

（3）上述孔径测量装置与工件的通孔的内壁不接触，避免了接触式检测方式对工件的刮伤。

（4）上述孔径测量装置采用双面的反光镜片，可以适应具有三层延伸部以上的中间孔径的全检。

（5）上述孔径测量装置可以应用到其他具有多层结构的工件的中间尺寸的测量中。

在其中一个实施例中，所述光源A及光源B分别设于所述远心透镜A及远心透镜B上。

在其中一个实施例中，所述光源A及光源B均为点光源。

在其中一个实施例中，所述平台驱动装置为伺服电机。

在其中一个实施例中，所述平台驱动装置为旋转电机，所述孔径测量装置还包括丝杆及套设于所述丝杆上的螺母，所述丝杆与所述旋转电机的驱动轴固定连接，所述螺母与所述移动平台固定连接，所述旋转电机驱动所述丝杆转动，所述螺母带动所述移动平台沿所述丝杆平移。

在其中一个实施例中，还包括夹具驱动装置，用于驱动所述定位夹具夹紧待测试的工件。

在其中一个实施例中，还包括设于所述底座上的导轨，所述移动平台沿所述导轨滑动。

一种采用上述的孔径测量装置的孔径测量方法，包括如下步骤：

步骤a，将待测试的工件夹持在所述定位夹具上，所述工件包括至少三层的间隔设置的延伸部，每个延伸部上对应开设有通孔，并且每个延伸部的上表面与所述光源A相对，下表面与所述光源B相对；

步骤b，在所述光源A及光源B全部启动的情况下，所述反光镜驱动装置驱动所述反光镜插入所述位于中间的延伸部的下表面所在的一侧，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于中间的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相机A，获得所述位于中间的延伸部的上表面的图像数据；

步骤c，所述反光镜驱动装置驱动所述反光镜插入所述位于中间的延伸部的上表面所在的一侧，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于中间的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相机B，获得所述位于中间的延伸部的下表面的图像数据；及

步骤d，根据所述位于中间的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得所述位于中间的延伸部的通孔的孔径。

在其中一个实施例中，若需要测量所述工件的位于外侧的延伸部的通孔的孔径，则所述孔径测量方法还包括如下步骤：

步骤e，在所述光源A关闭及所述光源B启动的情况下，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述工件的位于外侧的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相机A，获得所述位于外侧的延伸部的上表面的图像数据；

步骤f，在所述光源B关闭及所述光源A启动的情况下，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于外侧的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相机B，获得所述位于外侧的延伸部的下表面的图像数据；

步骤g，根据所述位于外侧的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得所述位于外侧的延伸部的通孔的孔径。

在其中一个实施例中，所述步骤d或步骤g具体包括如下步骤：

利用图像算法获取上表面的孔径边缘点的坐标，再拟合成一次圆，得到所述一次圆的直径；

除去所述一次圆上偏移量较大的点，再进行二次拟合而形成二次圆，得到所述二次圆的直径，即所述上表面的孔径；

同理，获得所述下表面的孔径；

根据所述上表面及下表面的孔径，获得孔径的平均值、最大值及最小值。

【附图说明】

图1为一种可采用本发明的孔径测量装置检测中间孔径的硬盘磁头驱动架的结构示意图；

图2为本发明实施方式的孔径测量装置的立体图；

图3为图2中A部分的放大图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图2及图3，本发明的一实施方式的孔径测量装置100，包括底座110、移动平台120、平台驱动装置130、CCD相机A141、CCD相机B143、远心透镜A151、远心透镜B153、光源A161、光源B163、定位夹具170、反光镜180及反光镜驱动装置（图未示）。

底座110包括矩形板及四个支脚，四个支脚分别设于矩形板的四个顶角处，用于支撑及平衡矩形板。当然，在本发明中，底座110的结构不限于上述结构，也可为其他结构，例如，具有顶板的框架结构，此时，其他元件均可设于顶板上。

移动平台120设于底座110上，并且相对于底座110可滑动。平台驱动装置130，用于驱动移动平台120滑动。具体在图示的实施方式中，平台驱动装置130为直线电机，设于底座110与移动平板之间。

在其他实施方式中，平台驱动装置130为旋转电机，孔径测量装置100还包括丝杆及套设于丝杆上的螺母，丝杆与旋转电机的驱动轴固定连接，螺母与移动平台120固定连接，旋转电机驱动丝杆转动，螺母带动移动平台120沿丝杆平移。

CCD相机A141及CCD相机B143固定于底座110上，并间隔相对设置，CCD相机A141及CCD相机B143均具有摄像孔，并且CCD相机A141及CCD相机B143的摄像孔相对设置。

远心透镜A151及远心透镜B153，分别设于CCD相机A141及CCD相机B143的摄像孔处。

光源A161及光源B163，分别靠近远心透镜A151及远心透镜B153设置。具体在本实施方式中，光源A161及光源B163分别设于远心透镜A151及远心透镜B153上。A及光源B163可以为小型面光源，例如，LED阵列，或者，点光源。优选地，光源A161及光源B163为点光源。

定位夹具170固定于移动平台120上，并且位于两个摄像孔之间。定位夹具170的结构可以采用图示的结构，也可采用现有的定位夹具，只需夹紧待加工的工件200即可。具体在图示的实施方式中，孔径测量装置100还包括夹具驱动装置190，用于驱动定位夹具170夹紧待测试的工件200。夹具驱动装置190为旋转电机或旋转气缸，具体在图示的实施方式中，夹具驱动装置190为旋转气缸。当然，在本发明中，也可采用自动复位式的定位夹具170，即，将定位夹具170打开，将待加工的工件200放入定位夹具170后，定位夹具170采用弹性复位键而自动复位夹紧工件200，此时，无需夹具驱动装置190。

反光镜180靠近定位夹具170设置，反光镜180的相对两侧面均为反射面。反光镜驱动装置（图未示）设于移动平台120上，用于驱动反光镜180移动。反光镜驱动装置为直线电机或伸缩气缸。在图示的实施方式中，反光镜驱动装置为伸缩气缸。

其中，CCD相机A141、CCD相机B143的摄像孔、远心透镜A151、远心透镜B153、光源A161及光源B163位于同一条光轴上；平台驱动装置130驱动移动平台120在CCD相机A141与CCD相机B143之间移动，以改变定位夹具170与CCD相机A141及CCD相机B143的摄像孔之间的间距；反光镜驱动装置可驱动反光镜180插入到光轴上。

进一步地，为提高测量的精度，孔径测量装置100还包括设于底座110上的导轨，移动平台120沿导轨滑动。

相较于传统的孔径测量装置100，上述孔径测量装置100至少具有以下优点：

（1）上述孔径测量装置100的光源发射的光线，通过反光镜180的反射，照射到中间延伸部的上表面或下表面，从而获取中间延伸部的轮廓尺寸，进而获取中间延伸部的通孔的孔径。

（2）上述孔径测量装置100可采用非接触的方式测量孔径，其测试速度快，例如，一个具有四个延伸部的工件完成测试仅6S左右，而接触式测量需30S。

（3）上述孔径测量装置100与工件的通孔的内壁不接触，避免了当前过规检测方式（即接触式检测方式）对工件的刮伤。

（4）上述孔径测量装置100采用双面的反光镜180，可以适应具有三层延伸部以上的中间孔径的全检。

（5）上述孔径测量装置100可以应用到其他具有多层结构的工件的中间尺寸的测量中。

同时，本发明还提供一种孔径测量方法，其采用上述孔径测量方法，其包括如下步骤：

步骤a，将待测试的工件200夹持在定位夹具170上，工件200包括至少三层的间隔设置的延伸部，每个延伸部上对应开设有通孔，并且每个延伸部的上表面与光源A161相对，下表面与光源B163相对。

步骤b，在光源A161及光源B163全部启动的情况下，反光镜驱动装置驱动反光镜180插入位于中间的延伸部的下表面所在的一侧，平台驱动装置130驱动移动平台120移动，使位于中间的延伸部的上表面聚焦在CCD相机A141，获得位于中间的延伸部的上表面的图像数据。

步骤c，反光镜驱动装置驱动反光镜180插入位于中间的延伸部的上表面所在的一侧，平台驱动装置130驱动移动平台120移动，使位于中间的延伸部的下表面聚焦在CCD相机B143，获得位于中间的延伸部的下表面的图像数据。

需要说明的是，反光镜驱动装置驱动反光镜180插入位于中间的延伸部的下表面所在的一侧，或者，反光镜驱动装置驱动反光镜180插入位于中间的延伸部的上表面所在的一侧，即，反光镜驱动装置驱动反光镜180插入两个延伸部之间，若工件200为硬盘磁头驱动架，则反光镜驱动装置驱动反光镜180插入两个指片之间。在图示的实施方式中，由于反光镜180的厚度为1.2毫米，硬盘磁头驱动架的相邻两个指片之间的间距为1.8毫米，因此，反光镜180完全可以插入硬盘磁头驱动架的相邻两个指片之间。

步骤d，根据位于中间的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得位于中间的延伸部的通孔的孔径。

若需要测量工件200的位于外侧的延伸部的通孔的孔径，则孔径测量方法还包括如下步骤：

步骤e，在光源A161关闭及光源B163启动的情况下，平台驱动装置130驱动移动平台120移动，使工件200的位于外侧的延伸部的上表面聚焦在CCD相机A141，获得位于外侧的延伸部的上表面的图像数据。

步骤f，在光源B163关闭及光源A161启动的情况下，平台驱动装置130驱动移动平台120移动，使位于外侧的延伸部的下表面聚焦在CCD相机B143，获得位于外侧的延伸部的下表面的图像数据。

步骤g，根据位于外侧的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得位于外侧的延伸部的通孔的孔径。

其中孔径的计算方法，可以采用现有的图像计算方法，也可采用本发明实施方式的记载的方法。具体在本实施方式中，步骤d或步骤g具体包括如下步骤：

步骤一，利用图像算法获取上表面的孔径边缘点的坐标，再拟合成一次圆，得到一次圆的直径；

步骤二，除去一次圆上偏移量较大的点，再进行二次拟合而形成二次圆，得到二次圆的直径，即上表面的孔径；

步骤三，同理，获得下表面的孔径；

步骤四，根据上表面及下表面的孔径，获得孔径的平均值、最大值及最小值。由于上、下表面的孔径大小有区别，为了满足装配要求，需要得到孔径上、下表面的孔径的平均值，最大值和最小值。

需要说明的是，上述描述的各步骤之间，本领域技术人员可以根据实际需要调换顺序，例如，步骤e~g也可在步骤b之前。因此，无论各步骤的顺序如何调换，均在本发明的保护范围内。

下面以硬盘磁头驱动架为例，详细说明本发明的孔径测量方法：将硬盘磁头驱动架安装在定位夹具170上，夹具驱动装置190驱动定位夹具170自动夹紧，平台驱动装置130带动硬盘磁头驱动架向右移动，将硬盘磁头驱动架的位于外侧的指片聚焦在CCD相机A141，关闭光源A161，启动光源B163，获取位于外侧的指片的上表面图像数据；再将硬盘磁头驱动架向左移动，将硬盘磁头驱动架聚焦在CCD相机B143，关闭光源B163，启动光源A161，获得位于外侧的指片的下表面图像数据；将光源A161及光源B163全部启动，反光镜驱动装置带动反光镜180进入，平台驱动装置130将中间指片的上表面聚焦在CCD相机A141，反光镜180是双面反光的，光源A161照射在反光镜180上,再反射回来，就得到中间指片的轮廓，这样使间隙中间无法打光的位置得到完整图像；同理，再将反光镜180插入另外一个间隙，中间指片的下表面聚焦在CCD相机B143，通过图像计算，获取中间指片的孔径数据。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种孔径测量装置，其特征在于，包括：

底座；

移动平台，设于所述底座上，并且相对于所述底座可滑动；

平台驱动装置，用于驱动所述移动平台滑动；

CCD相机A及CCD相机B，固定于所述底座上，并间隔相对设置，所述CCD相机A及CCD相机B均具有摄像孔，并且所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔相对设置；

远心透镜A及远心透镜B，分别设于所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔处；

光源A及光源B，分别安装在所述远心透镜A及远心透镜B上；

定位夹具，固定于所述移动平台上，并且位于所述两个摄像孔之间，所述定位夹具用于夹持待测试的工件，所述工件包括至少三层的间隔设置的延伸部，每个延伸部上对应开设有通孔，并且每个延伸部的上表面与所述光源A相对，下表面与所述光源B相对；

反光镜，靠近所述定位夹具设置，所述反光镜的相对两侧面均为反射面；及

反光镜驱动装置，设于所述移动平台上，用于驱动反光镜移动；

其中，所述CCD相机A、CCD相机B的摄像孔、远心透镜A、远心透镜B、光源A及光源B位于同一条光轴上；所述平台驱动装置驱动所述移动平台在所述CCD相机A与CCD相机B之间移动，以调节所述定位夹具与所述CCD相机A及CCD相机B的摄像孔之间的间距；所述反光镜驱动装置可驱动所述反光镜插入到所述光轴上。

2.如权利要求1所述的孔径测量装置，其特征在于，所述光源A及光源B均为点光源。

3.如权利要求1所述的孔径测量装置，其特征在于，所述平台驱动装置为伺服电机。

4.如权利要求1所述的孔径测量装置，其特征在于，所述平台驱动装置为旋转电机，所述孔径测量装置还包括丝杆及套设于所述丝杆上的螺母，所述丝杆与所述旋转电机的驱动轴固定连接，所述螺母与所述移动平台固定连接，所述旋转电机驱动所述丝杆转动，所述螺母带动所述移动平台沿所述丝杆平移。

5.如权利要求1所述的孔径测量装置，其特征在于，还包括夹具驱动装置，用于驱动所述定位夹具夹紧待测试的工件。

6.如权利要求1所述的孔径测量装置，其特征在于，还包括设于所述底座上的导轨，所述移动平台沿所述导轨滑动。

7.一种采用如权利要求1～6任一项所述的孔径测量装置的孔径测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，将待测试的工件夹持在所述定位夹具上，所述工件包括至少三层的间隔设置的延伸部，每个延伸部上对应开设有通孔，并且每个延伸部的上表面与所述光源A相对，下表面与所述光源B相对；

步骤b，在所述光源A及光源B全部启动的情况下，所述反光镜驱动装置驱动所述反光镜插入所述位于中间的延伸部的下表面所在的一侧，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于中间的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相机A，获得所述位于中间的延伸部的上表面的图像数据；

步骤c，所述反光镜驱动装置驱动所述反光镜插入所述位于中间的延伸部的上表面所在的一侧，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于中间的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相机B，获得所述位于中间的延伸部的下表面的图像数据；

步骤d，根据所述位于中间的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得所述位于中间的延伸部的通孔的孔径。

8.如权利要求7所述的孔径测量方法，其特征在于，若需要测量所述工件的位于外侧的延伸部的通孔的孔径，则所述孔径测量方法还包括如下步骤：

步骤e，在所述光源A关闭及所述光源B启动的情况下，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述工件的位于外侧的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相机A，获得所述位于外侧的延伸部的上表面的图像数据；

步骤f，在所述光源B关闭及所述光源A启动的情况下，所述平台驱动装置驱动所述移动平台移动，使所述位于外侧的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相机B，获得所述位于外侧的延伸部的下表面的图像数据；

步骤g，根据所述位于外侧的延伸部的上表面及下表面的图像数据，获得所述位于外侧的延伸部的通孔的孔径。

9.如权利要求8所述的孔径测量方法，其特征在于，所述步骤d或步骤g具体包括如下步骤：

利用图像算法获取上表面的孔径边缘点的坐标，再拟合成一次圆，得到所述一次圆的直径；

除去所述一次圆上偏移量较大的点，再进行二次拟合而形成二次圆，得到所述二次圆的直径，即所述上表面的孔径；

同理，获得所述下表面的孔径；

根据所述上表面及下表面的孔径，获得孔径的平均值、最大值及最小值。