CN1668891A - 测量装置 - Google Patents

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Abstract

当球形件(14)被插入到工件W的孔WA中并在孔WA的纵向方向上移动同时自动向心地移动时，注射到孔WA中的气体的背压的改变由转换器(30)检测，并且同时来自反射部件(18)的反射光由光接收单元(22)接收，所接收的光量的峰值位置A的改变被计算，以计算孔WA的内径、平直度和圆柱度，由此提供了测量孔WA的内径、平直度和圆柱度的便宜非接触式测量装置(10)。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及测量装置，所述测量装置测量形成在工件上的孔，具体而言，涉及不接触地测量孔的内径、平直度和圆柱度的测量装置。
背景技术
通常，经常用作车辆部件或者加工工具部件的圆柱形部件的孔的内径、平直度和圆柱度通过这样的方法来进行测量：其中使用圆度测量装置等，将被测量的物体(此后称为工件)被固定，接触检测器沿着孔的内表面旋转并在孔的纵向方向上移动以进行测量。对于较小的工件，使用旋转工件进行测量的圆度测量装置。
但是，这些圆度测量装置是通用目的的测量装置，所述装置具有不同的功能并且价格昂贵。圆度测量装置是接触型的，触点的滑痕或者痕迹将留在将被测量的表面上。此外，如果测量压力被减小以防止划伤将被测量的表面，所述触点被孔的内周部分上的毛刺或者槽(如果有的话)捕获，这将导致测量值的变化。
本发明有鉴于上述问题而提出，并且目的是提供一种便宜的测量装置，所述测量装置可以不接触地测量工件中所形成的内径、平直度和圆柱度。
发明内容
为了获得上述目的，本发明指向测量形成在工件中的孔的测量装置，所述测量装置包括：保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口的保持安装座；球形件，所述球形件插入到形成在工件中的孔内；弹性部件，所述弹性部件弹性地支撑所述球形件；转换器，所述转换器将通过注射端口注射的气体的背压转换为电信号；以及控制单元，当球形件被插入到形成在工件中的孔内并且所述气体被注射到所述孔内时所述控制单元根据从转换器所输出的电信号计算孔的内径。
根据本发明，所述气体被注射到产生在孔的内周表面和球形件之间的间隙内，被注射气体的背压由转换器检测以计算孔的内径，由此提供了一种便宜的非接触式内径测量装置。
本发明也指向测量形成在工件中的孔的测量装置，所述测量装置包括：保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将气体注射到形成在工件中的孔内的注射端口；球形件，所述球形件被插入到形成在工件中的孔内；弹性部件，所述弹性部件弹性地支撑所述球形件；反射部件，所述反射部件被安装到球形件并反射来自光源的光；光接收单元，所述光接收单元接收由反射部件所反射的光；移动装置，所述移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件和球形件；以及控制单元，当所述球形件被插入到形成在工件中的孔内且所述球形件通过将气体注射到所述孔内而相对于孔移动同时自动向心地移动时所述控制单元通过计算由光接收单元所接收的光量的峰值位置的变化而计算孔的平直度。
根据本发明，当插入到孔内的球形件沿着孔的纵向方向移动同时自动向心地移动时，来自设置在球形件上的反射部件的被反射光由光接收部件接收，并且被接收的光量的峰值位置的改变被计算，以便计算孔的平直度，由此提供了便宜的非接触平直度测量装置。
本发明也指向测量形成在工件中的孔的测量装置，所述测量装置包括：保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口的保持安装座；球形件，所述球形件被插入到形成在工件中的孔内；弹性部件，所述弹性部件弹性地支撑所述球形件；转换器，所述转换器将通过注射端口注射的气体的背压转换为电信号；反射部件，所述反射部件被安装到球形件并反射来自光源的光；光接收单元，所述光接收单元接收由反射部件所反射的光；移动装置，所述移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件和球形件；以及控制单元，当所述球形件被插入到形成在工件中的孔内且所述球形件移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，所述控制单元根据从转换器输出的电信号以及由光接收单元接收的光量的峰值位置的变化数据而计算孔的圆柱度。
根据本发明，当插入到孔内的球形件沿着孔的纵向方向移动同时自动向心地移动时，注射到孔内的背压通过转换器检测，从设置在球形件上的反射部件反射的反射光由光接收单元所接收，被接收的光量的峰值位置的变化被计算以便计算孔的圆柱度，由此提供了便宜的非接触圆柱度测量装置。
优选地，反射部件包括隅角棱镜。这导致从光源投射并由反射部件所反射的光的入射角和发射角总是相等，并允许精确检测由光接收单元接收的光量的峰值位置的变化，即使当所述球形件移动时所述球形件被倾斜。
优选地，弹性部件包括至少三个线性弹性体，所述线性弹性体彼此平行。即使孔的轴线是曲线也防止球形件倾斜，并允许精确检测由光接收单元接收的光量的峰值位置的变化。
本发明也指向测量形成在工件中的孔的测量装置，所述测量装置包括：保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口的保持安装座；球形件，所述球形件被插入到形成在工件中的孔内；弹性部件，所述弹性部件弹性地支撑所述球形件；光纤，所述光纤被连接到球形件并载送和投射从光源供给的光；光接收单元，所述光接收单元接收通过光纤所投射的光；移动装置，所述移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件、球形件和光纤；以及控制单元，当所述球形件被插入到形成在工件中的孔内且所述球形件被移动同时通过将气体注射到所述孔内相对于孔自动向心地移动时，所述控制单元通过计算通过光接收单元所接收的光量的峰值位置的变化而计算孔的平直度。
根据本发明，当插入到孔内的球形件沿着孔的纵向方向移动同时自动向心地移动时，从设置在球形件上的光纤所投射的光由光接收部件所接收，并且被接收的光量的峰值位置的改变被计算，以计算孔的平直度，由此提供了便宜的非接触平直度测量装置。
本发明也指向测量形成在工件中的孔的测量装置，所述测量装置包括：保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口的保持安装座；球形件，所述球形件被插入到形成在工件中的孔内；弹性部件，所述弹性部件弹性地支撑所述球形件；光纤，所述光纤被连接到球形件并载送和投射从光源供给的光；光接收单元，所述光接收单元接收通过光纤所投射的光；移动装置，所述移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件、球形件和光纤；以及控制单元，当所述球形件被插入到形成在工件中的孔内并且被移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，所述控制单元根据从转换器输出的电信号以及由光接收单元接收的光量的峰值位置的变化数据而计算孔的圆柱度。
根据本发明，当插入到孔内的球形件沿着孔的纵向方向移动同时自动向心地移动时，注射到孔内的背压通过转换器检测，同时来自设置在球形件上的光纤的投射光由光接收单元所接收，并且被接收的光量的峰值位置的变化被计算，以计算孔的圆柱度，由此提供了便宜的非接触圆柱度测量装置。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的孔的测量装置的横截面图；
图2是由光接收单元接收的光量的视图；
图3是在四个分开的光电管上被投射的光的平面图；
图4是其中隅角棱镜被用作反射部件的示例的横截面视图；
图5(a)和5(b)是其中平行簧片被用作弹性部件的示例的横截面图；
图6是根据本发明的第二实施例的孔的测量装置的横截面视图；以及
图7是其中平行簧片被用作弹性部件的示例的横截面图。
具体实施方式
现在将参照附图对根据本发明的测量装置的优选实施例进行说明。在附图中，相似的标记表示相似的部件。
图1是根据本发明的测量形成在工件中的孔的测量装置的原理横截面图。如图1所示，测量装置10包括保持工件W的保持安装座12、具有稍微小于形成在工件W中的孔WA的内径的直径的球形件、具有尖端的弹性部件16，球形件14连接到所述尖端、提升装置26，弹性部件16的另外一端连接到该提升装置26并且提升装置26垂直移动弹性部件16和球形件14，以及A/E(空气/电)转换器30、安装到球形件14的顶部的反射部件18、光源20、光接收单元22、半透明镜24，控制单元40等。
具有较好球度的钢球被用作球形件14，钢琴丝被用作弹性部件16，所述弹性部件16具有连接到球形件14并支撑所述球形件14的尖端。提升装置26包括线性引导件、滚珠丝杠、步进电动机等，这些元件都是公知的，并通过控制单元40来控制以垂直地移动弹性部件16和所述球形件14。
保持安装座12形成有注射端口12A和空气供给端口12B，所述注射端口12A朝向将被测量的工件W的孔WA注射空气，空气供给端口12B与注射端口12A相连通。压缩的空气通过A/E转换器30被供给到空气供给端口12B，供给的空气从注射端口12A朝向工件W的孔WA注射。A/E转换器30是将供给到空气供给端口12B的空气的背压使用诸如波纹管和差动变压器转换为电信号的装置，并且所获得的电信号被发送到控制单元40。
半透明镜24反射来自光源20基本一半的光并将所述光投射到反射部件18上，并透射来自反射部件18基本一半的反射光并将所述光投射到光接收单元22上。CCD被用作光接收单元22，所接收的光量的峰值位置可以被检测。可选地，四个分开的光电管可以被用作光接收单元22，以代替用CCD，以算术地操作控制单元40中的所接收的光量的峰值位置。所述光源20包括激光或者卤素灯，并投射较窄的平行光。
形成在保持安装座12中的注射端口12A是通孔，支撑球形件14的弹性部件16被插入到所述孔内。衬垫29被安置到注射端口12A的底端以防止空气从弹性部件16和注射端口12A之间的间隙泄漏。当工件W通过挤压装置(未示出)被挤压并固定到保持安装座12上时，相似地衬垫28被安装到保持安装座12的上表面以填充工件W和保持安装座12的上表面之间的间隙。
控制单元40控制测量装置10的部件的操作，算术地操作来自A/E转换器30的信号和来自光接收单元22的信号以计算测量值。
接着，将说明这样构造的测量装置10的操作。
将被测量的工件W被安置到保持安装座12上。此时，工件W的底表面和保持安装座12的上表面之间的间隙被衬垫28填充。然后，球形件14通过提升装置26提升以插入到工件W的孔WA中，并被安置在预定的位置上。接着，压缩空气通过A/E转换器30被供给到保持安装座12的空气供给端口12B，并从注射端口12A注射到工件W的孔WA中。被注射的空气通过形成在孔WA和球形件14之间的间隙向上释放。此时，由弹性部件16支撑的球形件14通过弹性部件16而简单悬臂，且由此自动地向心地地通过流经间隙的空气的作用而移动到孔WA的中心。
A/E转换器30将由形成在孔WA和球形件14之间的间隙的尺寸的差异所导致的空气的背压的变化转换为电信号，并将所获得电信号发送到控制单元40。所述控制单元40从通过A/E转换器30所获得的信号计算工件W的孔WA的内径。在测量之前，具有已知精确的孔的内径的两种类型的标准被用于校准A/E转换器30的乘积因子。
然后，球形件14通过提升装置26移动，多个位置上的孔WA内径被测量以简单计算孔WA的圆柱度。
安置到球形件14的顶部的反射部件18是圆形的，并且平行光从光源20通过半透明镜24投射到反射部件18上。投射的光由反射部件18反射到光接收单元22上。光接收单元22包括CCD或者四个分开的光电管，由此接收的光量的峰值位置A如图2所示计算。
图3显示了当四个分开的光电管22A被用作光接收单元22时光从反射部件18反射到光接收单元22上的状态。所接收的光量的峰值位置A从四个光电管的输出分布来计算。特别地，具有对应于光电管输出值的比率的面积比率的圆的中心被确定作为所接收的光量的峰值位置A。
球形件14在使用其通过空气的自动向心地动作时在工件W的孔WA的纵向方向上移动，从而接收的光量的峰值位置A的位移被测量，由此计算孔WA的平直度。包括孔WA的平直度分量的圆柱度是在孔WA的纵向方向上从A/E转换器30所获得的平直度数据和内径数据进行计算的。这些测量值都是通过控制单元40算术操作并进行计算。
图4显示了隅角棱镜19被用作安装到球形件14上的反射部件的示例。如图4中所示，当工件W的孔WA是弯曲的时候，球形件14稍微倾斜，因为其通过弹性部件16悬臂安置，并自动向心地移动。当反射部件是平面镜18时，球形件的稍微倾斜导致平面镜18的稍微倾斜，光接收单元22上所接收的光量的峰值位置稍微移动以导致孔WA的平直度的测量中的轻微误差。另一方面，当反射部件是如图4所示的隅角棱镜19时，光相对隅角棱镜19的入射角和反射角总是相等的，光接收单元22上的所接收到的光量的峰值位置即使在隅角棱镜19倾斜的情况下也没有移动，由此允许以更高的精度计算孔WA的平直度。在图4中，A/E转换器30、光源20和控制单元40未示出。
图5(a)和5(b)显示了由三个在圆上均匀、平行地间隔开的钢琴丝所构成的平行簧片17被用作弹性部件的示例。图5(a)显示了工件W的孔WA是直的时候的状态，图5(b)显示了工件W的孔WA是弯曲时的状态。在图5(a)和5(b)中，A/E转换器30、光源20和控制单元40未示出。
保持球形件14的弹性部件是由三个钢琴丝构成的平行簧片17，由此即使工件W的孔WA是弯曲时，如图5(b)所示，反射部件18也没有倾斜，并且即使反射部件18是平面镜，在检测光接收单元22上所接收的光量的峰值位置时也没有误差发生，由此允许如图4所示那样以更高的精度计算孔WA的平直度。
接着，将说明根据本发明的第二实施例的测量装置的实施例。图6是根据第二实施例测量形成在工件中的孔的测量装置100的示意截面图，相似的标号指示与根据第一实施例中的测量装置10相似的部件，其说明此处也被省略。
如图6中所示，测量装置100包括直径稍微小于形成在工件W中的孔WA的内径的球形件、具有通过球形件15的芯部连接到球形件15的尖端的光纤21、安装到球形件15的顶部并面对光纤21的尖端的准直透镜25、安置在准直透镜25之上的光接收单元22、连接到光纤21另一端的光源20、弹性部件23，该弹性部件23具有球形件15与其连接的尖端、提升装置26，该提升装置26与弹性部件23的另一端连接并垂直移动弹性部件23、球形件15、以及光纤21、A/E转换器30和控制单元40。
具有较好球度的钢球被用作球形件15，芯部通过的孔被形成在球形件15中，光纤21的尖端被插入到孔内并用粘接剂紧固。准直透镜25被安装到球形件15的顶部。尖端被连接到球形件15并支撑球形件15的弹性部件23是中空杆状弹性体，光纤21被插入通过中空部分。从光源20投射的光通过光纤21所载送，通过准直透镜25校准，并投射到光接收单元22上。代替提供准直透镜25作为单独的部件，具有形成在其尖端上的透镜的光纤可以被使用。
根据这样构造的第二实施例的测量装置100具有与根据第一实施例的测量装置10相同的结构和操作，除了这样的差异之外：来自光源20的光通过光纤21而被投射到光接收单元22上而不是通过反射部件18或者19反射到光接收单元22上。
接着，将描述第二实施例的变化。
当工件W的孔WA是弯曲的时，球形件15稍微倾斜，因为其通过弹性部件23悬臂安置并自动向心地移动。球形件15的稍微倾斜导致来自光纤21的光的投射方向的倾斜，光接收单元22上所接收的光量的峰值位置稍微移动以导致孔WA的平直度的测量中的微小误差。由此提供了一种如图7所示的用更高的精度测量平直度的变化。
图7显示了由三个在圆上绕光纤21平行、均匀地间隔开的钢琴丝所构成的平行弹簧17被用作弹性部件的情况。保持球形件15的弹性部件是平行簧片17，所述平行簧片17由三个钢琴丝形成，由此即使工件W的孔WA是弯曲的，如图7所示，球形件15也没有倾斜，并且在检测光接收单元22上所接收的光量的峰值位置中没有发生误差。在图7中，A/E转换器30、光源20和控制单元40未示出。
尽管被压缩的空气被用作用于测量将被测量的孔的内径的气体，并用于根据本发明上述实施例中的球形件的自动向心地移动，本发明不限于此，N2气、Ar气等都可以被适当选择。
工业应用性
如上所述，根据本发明的测量孔的测量装置，通过孔和插入孔内的球形件之间的间隙的尺寸差异所导致的气体背压的变化被检测以测量孔的内径，孔的平直度从孔和球形件通过空气流动的自动向心作用以及当所述球形件沿着所述孔移动时来自安置到球形件的部件的所接收的光量的峰值位置的位移进行测量，孔的圆柱度从这两个测量数据来进行计算，这样提供了一种可以测量内径、平直度和圆柱度而没有接触的便宜的孔测量装置。

Claims (11)

1.一种测量形成在工件中的孔的测量装置，包括：
保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口；
球形件，该球形件插入到形成在工件中的孔内；
弹性部件，该弹性部件弹性地支撑所述球形件；
转换器，该转换器将通过注射端口注射的气体的背压转换为电信号；以及
控制单元，在球形件被插入形成在工件中的孔内并且所述气体被注射到所述孔内时，该控制单元根据从转换器输出的电信号计算孔的内径。
2.一种测量形成在工件中的孔的测量装置，包括：
保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口；
球形件，该球形件插入到形成在工件中的孔内；
弹性部件，该弹性部件弹性地支撑所述球形件；
反射部件，该反射部件安装到球形件上并反射从光源供给的光；
光接收单元，该光接收单元接收由反射部件反射的光；
移动装置，该移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件和球形件；以及
控制单元，在所述球形件被插入到形成在工件中的孔内并且所述球形件被移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，所述控制单元通过计算由光接收单元所接收的光量的峰值位置的变化而计算孔的平直度。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，反射部件包括隅角棱镜。
4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，弹性部件包括彼此平行的至少三个线性弹性体。
5.一种测量形成在工件中的孔的测量装置，包括：
保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口；
球形件，该球形件插入到形成在工件中的孔内；
弹性部件，该弹性部件弹性地支撑所述球形件；
转换器，该转换器将通过注射端口注射的气体的背压转换为电信号；
反射部件，该反射部件被安装到球形件上并反射从光源供给的光；
光接收单元，该光接收单元接收由反射部件反射的光；
移动装置，该移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件和球形件；以及
控制单元，在所述球形件被插入到形成在工件中的孔内并且所述球形件被移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，该控制单元根据从转换器输出的电信号以及由光接收单元所接收的光量的峰值位置的变化数据而计算孔的圆柱度。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，反射部件包括隅角棱镜。
7.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，弹性部件包括彼此平行的至少三个线性弹性体。
8.一种测量形成在工件中的孔的测量装置，包括：
保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口；
球形件，该球形件插入到形成在工件中的孔内；
弹性部件，该弹性部件弹性地支撑所述球形件；
光纤，该光纤被连接到球形件上并载送和投射从光源供给的光；
光接收单元，该光接收单元接收从光纤投射的光；
移动装置，该移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件、球形件和光纤；以及
控制单元，在所述球形件被插入到形成在工件中的孔内并且所述球形件被移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，该控制单元通过计算由光接收单元所接收的光量的峰值位置的变化而计算孔的平直度。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，弹性部件包括彼此平行的至少三个线性弹性体。
10.一种测量形成在工件中的孔的测量装置，包括：
保持安装座，该保持安装座保持工件并具有用于将空气注射到形成在工件中的孔内的注射端口；
球形件，该球形件插入到形成在工件中的孔内；
弹性部件，该弹性部件弹性地支撑所述球形件；
转换器，该转换器将通过注射端口注射的气体的背压转换为电信号；
光纤，该光纤被连接到球形件上并载送和投射从光源供给的光；
光接收单元，该光接收单元接收从光纤投射的光；
移动装置，该移动装置沿着孔的纵向方向移动所述弹性部件、球形件和光纤；以及
控制单元，在所述球形件被插入到形成在工件中的孔内并且所述球形件被移动同时通过将气体注射到所述孔内而相对于孔自动向心地移动时，该控制单元根据从转换器输出的电信号以及由光接收单元接收的光量的峰值位置的变化数据而计算孔的圆柱度。
11.根据权利要求10所述的测量装置，其特征在于，弹性部件包括彼此平行的至少三个线性弹性体。
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