【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于几何量精密测量，具体涉及一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头及方法。
技术介绍
1、以枪炮枪管、火炮身管、发动机气缸、变速箱体、液压缸和特殊轴承等为典型代表的深孔类零件，广泛应用于国防工业、航空航天、汽车工业等领域。由于特定应用的需要，深孔类零件往往具有孔径小、孔深长、半封闭、内部结构复杂等特点，其孔径等尺寸及内表面缺陷的三维测量难度较大。
2、目前，针对深孔尺寸及内表面的检测问题的研究主要可分为接触式测量和非接触式测量两个方向。在接触式测量方面，主要有内径千分表、杠杆式电感位移传感器、三坐标测量机等，为离散点测量，测量误差大、测量效率低，还有可能刮伤被测表面，同时，这些方法需要将测头插入孔内，无法测量非常小的孔。在非接触式测量方法方面，电涡流法、磁漏法、超声波法等非光学原理的测量方法对测量对象的材料、厚度等有一定的要求。例如电涡流法要求被测管道材料质量均匀、壁厚较薄且形状规则；磁漏法仅适用于铁磁材料的检测，且抗干扰性差；超声波法可以实现缺陷尺寸的检测且灵敏度高，但只适用于厚度均匀且形状简单的管道检测。这些方法仅适用于深孔零件的缺陷检测，无法测量内径和形状误差等几何参数。相比之下，基于光学原理的非接触式测量方法具有测量精度高、效率高、便于进行标定和误差补偿等优点，随着激光技术、成像传感器技术和计算机技术的进步，此类方法近年来已成为主流的深孔检测方法。
3、然而，随着对深孔内径等参数和缺陷识别精度要求的不断提高，不仅要求能够定性判断缺陷的存在、位置和类型，而且需要获取内表面三维扫描数据，对孔径
技术实现思路
1、本专利技术的目的是一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头及方法，能够实现细长深孔的尺寸精确测量和缺陷的定性识别和定量评定。
2、本专利技术的一个方面提供一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头，包括姿态测量单元、尺寸测量单元、缺陷测量单元和测头连接件，
3、所述姿态测量单元包括姿态测量光电位置传感器和位置测量光电位置传感器，所述姿态测量光电位置传感器用于测量测头的姿态信息，所述位置测量光电位置传感器用于测量测头的位置信息；
4、所述尺寸测量单元包括尺寸测量内窥镜和环形光发生器，所述尺寸测量内窥镜用于观测由所述环形光发生器产生的环形光，计算出光环上每个点的三维坐标，得到深孔内表面的三维点云数据，根据所述三维点云数据计算深孔尺寸；
5、所述缺陷测量单元包括缺陷测量内窥镜，所述缺陷测量内窥镜用于拍摄深孔内表面图像，结合所述三维点云数据，对深孔内表面缺陷进行识别与评价；
6、所述测头连接件用于固定连接所述姿态测量单元、所述尺寸测量单元和所述缺陷测量单元，以使所述姿态测量单元、尺寸测量单元、缺陷测量单元之间的位置关系固定不变。
7、优选地，所述位置测量光电位置传感器安装于所述测头连接件的一端，所述尺寸测量内窥镜安装于所述测头连接件中，所述位置测量光电位置传感器的中心和所述尺寸测量内窥镜的中心均位于测头轴线上，且所述位置测量光电位置传感器的测量面和所述尺寸测量内窥镜的图像传感器靶面与测头轴线方向垂直。
8、优选地，所述位置测量光电位置传感器和所述姿态测量光电位置传感器均为二维结构，能够给出所述外置激光发生器发出的准直激光入射到其光敏面上的光点位置二维坐标，通过两组二维坐标解算出测头在径向的偏移以及测头的俯仰角、偏转角。
9、优选地，所述测头连接件的中间段为对称镂空结构，用于使所述环形光发生器产生的结构光投射到被测深孔内壁上，并且所述尺寸测量内窥镜的测量头能够在其视场中观测到该结构光。
10、本专利技术的另一个方面提供一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的方法，利用上述的测头进行深孔尺寸和缺陷测量，所述方法包括以下步骤：
11、s1：建立全局测量坐标系o-xyz、测头坐标系os-xsyszs、尺寸测量内窥镜的相机坐标系oc1-xc1yc1zc1以及缺陷测量内窥镜的相机坐标系oc2-xc2yc2zc2，测头坐标系的原点os取在所述位置测量光电位置传感器的光敏面的中心处，xs轴在测头对称平面内并平行于测头的轴线方向指向缺陷测量内窥镜一端，尺寸测量内窥镜的相机坐标系oc1-xc1yc1zc1以及缺陷测量内窥镜的相机坐标系oc2-xc2yc2zc2与测头坐标系os-xsyszs仅存在沿xs轴方向的固定平移量；
12、s2：测头沿孔深轴向方向以一定的步长移动，在某位置处，通过所述位置测量光电位置传感器获取测头在孔深方向的位置信息，结合所述姿态测量光电位置传感器获取的测头姿态信息，计算测头坐标系与全局测量坐标系之间的转换平移关系；
13、s3：在该位置处，基于所述尺寸测量单元获取的深孔内表面在测头坐标系中的三维点云数据、所述缺陷测量单元获取的缺陷图像、所述测头坐标系与全局测量坐标系之间的转换关系以及所述尺寸测量单元、缺陷测量单元在测头坐标系中的固定位置，将所述三维点云数据和缺陷图像对应到全局测量坐标系中；
14、s4：重复上述步骤s2、s3，通过测头沿深孔轴向的运动，实现被测细长深孔的尺寸与缺陷测量。
15、优选地，在步骤s1之前，所述方法还包括将测头安装到能够沿孔深方向做直线运动的位移机构上，所述位移机构的位移量能够实时获取。
16、优选地，所述测头坐标系的初始位置与所述全局测量坐标系重合。
17、根据本专利技术上述方面的用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头及方法，能够实现细长深孔的尺寸精确测量和缺陷的定性识别和定量评定。
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1.一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头，其特征在于，包括姿态测量单元、尺寸测量单元、缺陷测量单元和测头连接件，
2.根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述位置测量光电位置传感器安装于所述测头连接件的一端，所述尺寸测量内窥镜安装于所述测头连接件中，所述位置测量光电位置传感器的中心和所述尺寸测量内窥镜的中心均位于测头轴线上，且所述位置测量光电位置传感器的测量面和所述尺寸测量内窥镜的图像传感器靶面与测头轴线方向垂直。
3.根据权利要求2所述的测头，其特征在于，所述位置测量光电位置传感器和所述姿态测量光电位置传感器均为二维结构，能够给出所述外置激光发生器发出的准直激光入射到其光敏面上的光点位置二维坐标，通过两组二维坐标解算出测头在径向的偏移以及测头的俯仰角、偏转角。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测头，其特征在于，所述测头连接件的中间段为对称镂空结构，用于使所述环形光发生器产生的结构光投射到被测深孔内壁上，并且所述尺寸测量内窥镜的测量头能够在其视场中观测到该结构光。
5.一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的方法，其特征在于，利用权利
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括将测头安装到能够沿孔深方向做直线运动的位移机构上，所述位移机构的位移量能够实时获取。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述测头坐标系的初始位置与所述全局测量坐标系重合。
...【技术特征摘要】
1.一种用于细长深孔尺寸和缺陷测量的测头，其特征在于，包括姿态测量单元、尺寸测量单元、缺陷测量单元和测头连接件，
2.根据权利要求1所述的测头，其特征在于，所述位置测量光电位置传感器安装于所述测头连接件的一端，所述尺寸测量内窥镜安装于所述测头连接件中，所述位置测量光电位置传感器的中心和所述尺寸测量内窥镜的中心均位于测头轴线上，且所述位置测量光电位置传感器的测量面和所述尺寸测量内窥镜的图像传感器靶面与测头轴线方向垂直。
3.根据权利要求2所述的测头，其特征在于，所述位置测量光电位置传感器和所述姿态测量光电位置传感器均为二维结构，能够给出所述外置激光发生器发出的准直激光入射到其光敏面上的光点位置二维坐标，通过两组二维坐标解算出测头在径向的偏移...
【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，孙安斌，邹志，王继虎，曹铁泽，瞿剑苏，乔磊，高廷，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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