一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法

摘要

本发明公开了一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法。其中，该深孔测量装置包括相机、测量探针和内置有力传感器的移动件，测量探针的规格与待测深孔工件中测量孔的规格相适配，该自动大量测量小深孔孔深的方法包括：测量相机和测量探针在xy轴上的位置偏差；通过坐标转换并结合待测深孔工件的孔排布信息，得到测量探针对准待测深孔工件上各测量孔中心位置时移动件的xy轴位置参数；控制移动件沿xy轴移动至xy轴位置参数，然后控制移动件沿z轴移动，根据力传感器实时检测到的测量探针的受力情况，自动实现所有测量孔的孔深测量。本发明能实现对大量且孔径极小的深孔孔深的自动测量。

说明书

技术领域

本发明属于深孔孔深技术领域，更具体地，涉及一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法。

背景技术

常见的接触式测量孔深的方法一般有卡尺、百分表、千分表等。当孔径较小时，卡尺便难以伸入孔内进行测量。而百分表、千分表虽然可以通过选择合适尺寸的探头来进行测量，但是当探头接触到孔底时，探头或孔底的不可控的形变会使得测量精度降低，并且在测量孔孔径极小时，探针和孔中心的对准精度和效率会进一步下降。此外，百分表、千分表在测量时需要不停人为移动测量探针或深孔工件，测量效率较低，在面对大量的深孔时往往耗时严重，不能实现自动测量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法，能实现对大量且孔径极小的深孔孔深的自动测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法，所述深孔测量装置包括内置有力传感器的移动件及随所述移动件移动而移动的连接件，所述连接件上固定设有相机和测量探针，所述测量探针的规格与待测深孔工件中测量孔的规格相适配，所述测量探针垂直于所述相机的像平面和待测深孔工件的上表面，且所述相机的像平面平行于待测深孔工件的上表面，所述自动大量测量小深孔孔深的方法包括：

(1)控制所述移动件的z轴高度使所述相机对焦于所述待测深孔工件的上表面，并在所述相机对焦的状态下通过控制所述移动件的xy轴位移，测量所述相机和所述测量探针在xy轴上的位置偏差Δx和Δy；

(2)在所述相机对焦的状态下控制所述相机十字准星中心对准其中一测量孔中心，并控制所述移动件沿x轴移动Δx并沿y轴移动Δy，记录此时所述移动件xy轴位置参数，该xy轴位置参数用于反映该测量孔的中心坐标；重复该步骤测量并记录至少3个测量孔中心坐标所对应的xy轴位置参数，然后通过坐标转换并结合预先存储的所述待测深孔工件的孔排布信息，得到待测深孔工件上所有测量孔中心坐标所对应的xy轴位置参数；

(3)控制所述移动件沿xy轴移动至一测量孔所对应的xy轴位置参数，然后控制所述移动件沿z轴移动，并获取移动过程中所述力传感器实时检测到的压力值，记录并根据所述压力值两次达到受力阈值时所述移动件的z轴坐标，计算得到该测量孔的孔深；重复该步骤测量得到所述待测深孔工件上所有测量孔的孔深。

本发明提供的基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法，具有如下效果：(1)通过相机对待测深孔工件上表面图像进行采集，并结合图像处理，可以灵活、高效、准确的确定待测深孔工件上各测量孔的中心位置；(2)通过设定受力阈值判断测量探针的受力情况，可减小测量探针形变所带来的影响，实现对各测量孔深度的精确测量；(3)通过坐标转换并结合待测深孔工件的孔排布信息，可得到测量探针对准各测量孔中心位置所对应的移动件的xy轴位置参数，进而通过移动件实现对所有测量孔的自动测量，尤其是可以准确的对准测量孔的中心，使得其所测量孔的孔径可以很小。

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述控制所述移动件的z轴高度使所述相机对焦于所述待测深孔工件的上表面的步骤，具体为：

控制所述移动件沿z轴方向移动，同时控制所述相机实时采集待测深孔工件上表面的图像；

获取所述图像从模糊到清晰再到模糊时，该图像清晰时移动件的z轴位置坐标z

在其中一个实施例中，步骤(1)中，所述通过控制所述移动件的位移，测量所述相机和所述测量探针在xy轴上的位置偏差Δx和Δy的步骤，具体为：

在所述待测深孔工件的上表面固定一张白纸；

控制所述移动件用蘸有印泥的所述测量探针在所述白纸上标记一点，并记录此时所述移动件xy轴位置参数(x1,y1)；

控制移动件将所述相机视场中心的十字准星中心与该标记点对准，并记录此时所述移动件xy轴位置参数(x2,y2)，所述相机和所述测量探针的x轴位置偏差Δx＝x1-x2，y轴位置偏差Δy＝y1-y2。

在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述在所述相机对焦的状态下控制所述相机十字准星中心对准其中一测量孔中心的步骤，具体为：

在所述相机对焦的状态下，控制所述移动件使所述相机移动至一测量孔区域；

控制所述相机采集该测量孔的图像，截取所述相机视场中心的图像进行处理，然后在该视场中心添加十字准星；

控制所述移动件使所述相机十字准星中心对准该测量孔的中心。

在其中一个实施例中，所述相机视场中心的图像的处理方式包括放大、灰度和亮度均衡处理。

在其中一个实施例中，所述深孔测量装置内还设有照明器，所述照明器用于均匀照亮所述待测深孔工件的上表面。

在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述待测深孔工件的孔排布信息通过所述待测深孔工件的设计文件获得，或通过手动测量所述待测深孔工件上所有测量孔的中心坐标及位置获得。

在其中一个实施例中，所述连接件为倒阶梯形结构，所述测量探针通过夹具固定在所述倒阶梯形结构一侧横杆的侧面上，所述相机固定在所述倒阶梯形结构另一侧竖杆的侧面上。

在其中一个实施例中，所述倒阶梯形一侧横杆的侧面和所述夹具的夹持面均设有与所述测量探针尺寸相适配的半圆柱凹槽。

在其中一个实施例中，所述移动件采用三轴机械手或龙门结构。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的深孔测量装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现对大量且孔径极小的深孔孔深进行自动测量，本发明提供了一种基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法。其中，如图1所示，本实施例提供的深孔测量装置包括内置有力传感器的移动件(图中未示出)及随该移动件10移动而移动的连接件20，连接件20上固定设有相机30和测量探针40。具体地，该移动件可采用能实现xyz轴位移控制的结构，比如三轴机械手或龙门结构，本实施例不作限制。

在本实施例中，相机30用于采集待测深孔工件50的上表面图像信息，便于判断深孔工件50中各测量孔的中心位置。移动件用于实现连接件20的xyz轴位移控制，从而实现连接件20上相机30和测量探针40的对准，进而使测量探针40与测量孔的中心对准，实现对各测量孔的自动测量。

测量探针40用于接触式测量深孔工件50上各测量孔的孔深，移动件内置的力传感器用于获取测量探针40的受力情况，然后根据测量探针40的受力情况来判断是否接触到测量孔孔底或深孔工件表面(参考表面)，只有测量探针40受力大于受力阈值才会记录当前位置，进而得到孔底和参考表面的高度差，即孔的深度。具体地，测量探针40的规格需与深孔工件50上测量孔的规格相适配，即测量探针40的直径和长度可对应根据测量孔的孔径和孔深来选择，可减少探针在进入测量孔的形变，进而减少形变所造成的影响。

需要说明的是，设定力传感器检测到测量探针40的受力阈值是为了避免因测量孔内壁的不光滑会对其产生微弱的力作用导致对孔底的误判。具体为：由于测量孔内壁的不光滑，所以测量探针40除接触到孔底外在未接触到孔底前也会受到内壁微弱的力作用，这里可设定为一定大小的受力阈值，即当测量探针40受力大于阈值时，则认为测量探针40接触到所要测量的深孔工件50的表面；同时，由于测量孔底和深孔工件40表面的力的阈值大小一致，所以即使测量探针40发生形变，但测量探针40在测量孔底和深孔工件5表面的形变程度也会十分接近，一定程度上可减小测量探针40形变的影响，使得测量得到的测量孔的深度更加准确。

本实施例提供的自动大量测量小深孔孔深的方法可通过计算机等处理系统来完成，测量原理为：通过相机30对准深孔工件50上测量孔的中心位置，在移动件高精度位移控制下实现相机30和测量探针40的对准，进而使得测量探针40与各测量孔的中心对准；设定受力阈值，判断测量探针40受力情况，以此确定孔底和深孔工件表面的高度位置，两者高度差即为孔的深度；通过坐标转换并结合深孔工件50的孔排布信息，得到测量探针40对准所有测量孔中心位置时移动件的xy轴位置参数，进而在移动件高精度位移控制下实现自动测量。

具体地，本实施例提供的自动大量测量小深孔孔深的方法包括步骤S10～S30，详述如下：

需要说明的是，在利用该装置进行测量前，需确保测量探针40垂直于相机30的像平面和待测深孔工件50的上表面，并且相机30的像平面与深孔工件50的上表面保持平行，即将深孔工件50水平放置且移动件10的z轴转角调零设置。

S10，控制移动件10的z轴高度使相机30对焦于待测深孔工件50的上表面，并在相机对焦的状态下通过控制移动件10的xy轴位移，测量相机30和测量探针40在xy轴上的位置偏差Δx和Δy。

在步骤S10中，控制移动件10的z轴高度使相机对焦于待测深孔工件50的上表面的步骤，具体实现方式可以为：(1)控制移动件10沿z轴方向移动，同时控制相机30实时采集待测深孔工件50上表面的图像；(2)获取图像从模糊到清晰再到模糊时，该图像清晰时移动件的z轴位置坐标z

通过控制移动件10的位移测量相机30和测量探针40在xy轴上的位置偏差Δx和Δy的步骤，具体实现方式可以为：(1)在待测深孔工件50的上表面固定一张白纸；(2)控制移动件10用蘸有印泥的测量探针40在白纸上标记一点，并记录此时移动件xy轴位置参数(x1,y1)；(3)控制移动件10将相机30十字准星中心与该标记点对准，并记录此时移动件xy轴位置参数(x2,y2)，相机30和测量探针40的x轴位置偏差Δx＝x1-x2，y轴位置偏差Δy＝y1-y2。

S20，在相机30对焦的状态下控制相机30十字准星中心对准其中一测量孔中心，并控制移动件10沿x轴移动Δx并沿y轴移动Δy，记录此时移动件xy轴位置参数，此时测量探针40位于该测量孔中心位置的正上方，即该xy轴位置参数用于反映该测量孔的中心坐标。因为3个xy轴位置参数才能确定一个平面，所以需重复该步骤S20测量并记录至少3个测量孔中心坐标所对应的xy轴位置参数，以建立坐标系，然后通过坐标转换并结合预先存储的待测深孔工件50的孔排布信息，得到测量探针40对准各测量孔中心位置所对应的移动件的xy轴位置参数。

在步骤S20中，在相机30对焦的状态下控制相机30十字准星中心对准其中一测量孔中心的步骤，具体实现方式可以为：(1)在相机30对焦的状态下，控制移动件10使相机移动至一测量孔区域；(2)控制相机30采集该测量孔的图像，截取该相机视场中心的图像进行处理，然后在该视场中心添加十字准星；(3)控制移动件10使相机视场中心的十字准星中心对准该测量孔的中心。具体地，相机视场中心的图像的处理方式包括但不限于放大、灰度和亮度均衡等处理。

S30，控制移动件10沿xy轴移动至一测量孔所对应的位置参数，然后控制移动件10沿z轴移动，并获取移动过程中力传感器实时检测到的压力值，记录并根据压力值两次达到受力阈值时移动件的z轴坐标，计算得到该测量孔的孔深z，孔深z为两次达到受力阈值时所对应的移动件z轴坐标差。重复该步骤测量得到深孔工件50上所有测量孔的孔深。具体地，深孔工件50的孔排布信息可以通过工件设计文件或者手动测量所有孔中心坐标及位置得到。

本实施例提供的基于深孔测量装置自动大量测量小深孔孔深的方法，具有如下效果：(1)通过相机30对待测深孔工件50上表面图像进行采集，并结合图像处理，可以灵活、高效、准确的确定待测深孔工件50上各测量孔的中心位置；(2)通过设定受力阈值判断测量探针40的受力情况，可减小测量探针40形变所带来的影响，实现对各测量孔深度的精确测量；(3)通过坐标转换并结合待测深孔工件50的孔排布信息，可得到测量探针40对准各测量孔中心位置所对应的移动件的xy轴位置参数，进而通过移动件实现对所有测量孔的自动测量，尤其是可以准确的对准测量孔的中心，使得其所测量孔的孔径可以很小。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供的深孔测量装置中的连接件20可采用倒阶梯形结构，如图1所示，即该连接件20包括第一横杆21、与第一横杆21一端垂直设置的第一竖杆22、与第一竖杆22远离一横杆21的一端垂直设置的第二横杆23、及与第二横杆23远离第一竖杆22的一端垂直的第二竖杆24。

具体地，测量探针40通过夹具70固定在倒阶梯形结构一侧横杆的侧面上，即第一横杆21的侧面上。其中，第一横杆21的侧面和夹具70的夹持面均设有与测量探针40半径相适配的半圆柱凹槽，以方便固定测量探针40。相机30固定在倒阶梯形结构另一侧竖杆的侧面上，即第二竖杆24的侧面上；移动件10与第二横杆23连接。此外，第一竖杆22的左端面与第二横杆23上下端面垂直，固定后相机30的像平面平行于第二横杆23上下端面，待测深孔工件50的上下表面平行于第二横杆23的上下端面，从而确保相机30的像平面平行于深孔工件50的上下表面，测量探针40垂直于相机30的像平面及深孔工件50的上下表面，并且移动件10沿上下移动时这些关系不发生变化。

进一步地，本发明提供的深孔测量装置内还可设有照明器60，照明器60用于均匀照亮工件表面，增加图像的对比度，便于后续图像处理，更加准确地确定极小孔径测量孔的中心位置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。