孔徑測量裝置及方法
2023-08-02 13:00:56 1
專利名稱：孔徑測量裝置及方法
孔徑測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種測量裝置及方法，特別是涉及一種孔徑測量裝置及方法。
背景技術：
在檢測一個具有多層結構的工件的中間孔徑時,例如,檢測硬碟磁頭驅動架的中間指片的尾孔的孔徑，使用光學檢測技術一直很難實現。請參閱圖1，一種檢測硬碟磁頭驅動架10，其包括四個指片，分別為第一指片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位於外側，第二指片12及第三指片13位於中間，第一指片11、第二指片12、第三指片13及第四指片14分別對應設置有尾孔lla、12a、13a、14a。為了檢測中間指片(即第二指片12及第三指片13) 的尾孔12a、13a的孔徑，在該領域一直使用接觸式測量，但接觸式測量需要檢測多點才能計算圓的直徑，速度慢，效率低，有時還會對工件內壁產生刮傷，在大批量的生產過程中，難以實現全檢。
發明內容鑑於上述狀況，有必要提供一種孔徑測量裝置及方法，其可測量具有多層結構的工件的中間孔徑，並且檢測效率較高、速度較快、可避免刮傷工件。一種孔徑測量裝置，包括底座；移動平臺，設於所述底座上，並且相對於所述底座可滑動；平臺驅動裝置，用於驅動所述移動平臺滑動；(XD相機A及(XD相機B，固定於所述底座上,並間隔相對設置,所述(XD相機A及CXD相機B均具有攝像孔，並且所述CXD相機A及CXD相機B的攝像孔相對設置；遠心透鏡A及遠心透鏡B，分別設於所述CXD相機A及CXD相機B的攝像孔處；光源A及光源B，分別靠近所述遠心透鏡A及遠心透鏡B設置；定位夾具，固定於所述移動平臺上，並且位於所述兩個攝像孔之間；反光鏡，靠近所述定位夾具設置，所述反光鏡的相對兩側面均為反射面；及反光鏡驅動裝置，設於所述移動平臺上，用於驅動反光鏡移動；其中，所述C⑶相機A、C⑶相機B的攝像孔、遠心透鏡A、遠心透鏡B、光源A及光源B位於同一條光軸上；所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺在所述CCD相機A與CCD相機B之間移動，以改變所述定位夾具與所述CCD相機A及CCD相機B的攝像孔之間的間距；所述反光鏡驅動裝置可驅動所述反光鏡插入到所述光軸上。相較於傳統的孔徑測量裝置，上述孔徑測量裝置至少具有以下優點(I)上述孔徑測量裝置的光源發射的光線，通過反光鏡片的反射，照射到中間延伸部的上表面或下表面，從而獲取中間延伸部的輪廓尺寸，進而獲取中間延伸部的通孔的孔徑。
(2)上述孔徑測量裝置可採用非接觸的方式測量孔徑，其測試速度快，例如，一個具有四個延伸部的工件完成測試僅6S左右，而接觸式測量需30S。(3)上述孔徑測量裝置與工件的通孔的內壁不接觸，避免了接觸式檢測方式對工件的刮傷。(4)上述孔徑測量裝置採用雙面的反光鏡片，可以適應具有三層延伸部以上的中間孔徑的全檢。(5)上述孔徑測量裝置可以應用到其他具有多層結構的工件的中間尺寸的測量中。在其中一個實施例中，所述光源A及光源B分別設於所述遠心透鏡A及遠心透鏡B上。在其中一個實施例中，所述光源A及光源B均為點光源。在其中一個實施例中，所述平臺驅動裝置為伺服電機。在其中一個實施例中，所述平臺驅動裝置為旋轉電機，所述孔徑測量裝置還包括絲杆及套設於所述絲杆上的螺母，所述絲杆與所述旋轉電機的驅動軸固定連接，所述螺母與所述移動平臺固定連接，所述旋轉電機驅動所述絲杆轉動，所述螺母帶動所述移動平臺沿所述絲杆平移。在其中一個實施例中，還包括夾具驅動裝置，用於驅動所述定位夾具夾緊待測試的工件。在其中一個實施例中，還包括設於所述底座上的導軌，所述移動平臺沿所述導軌滑動。一種採用上述的孔徑測量裝置的孔徑測量方法，包括如下步驟步驟a，將待測試的工件夾持在所述定位夾具上，所述工件包括至少三層的間隔設置的延伸部，每個延伸部上對應開設有通孔，並且每個延伸部的上表面與所述光源A相對，下表面與所述光源B相對；步驟b，在所述光源A及光源B全部啟動的情況下，所述反光鏡驅動裝置驅動所述反光鏡插入所述位於中間的延伸部的下表面所在的一側，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於中間的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相機A，獲得所述位於中間的延伸部的上表面的圖像數據；步驟C，所述反光鏡驅動裝置驅動所述反光鏡插入所述位於中間的延伸部的上表面所在的一側，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於中間的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相機B，獲得所述位於中間的延伸部的下表面的圖像數據；及步驟d，根據所述位於中間的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得所述位於中間的延伸部的通孔的孔徑。在其中一個實施例中，若需要測量所述工件的位於外側的延伸部的通孔的孔徑，則所述孔徑測量方法還包括如下步驟步驟e，在所述光源A關閉及所述光源B啟動的情況下，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述工件的位於外側的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相機A，獲得所述位於外側的延伸部的上表面的圖像數據；步驟f，在所述光源B關閉及所述光源A啟動的情況下，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於外側的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相機B，獲得所述位於外側的延伸部的下表面的圖像數據；步驟g，根據所述位於外側的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得所述位於外側的延伸部的通孔的孔徑。在其中一個實施例中，所述步驟d或步驟g具體包括如下步驟利用圖像算法獲取上表面的孔徑邊緣點的坐標，再擬合成一次圓，得到所述一次圓的直徑；除去所述一次圓上偏移量較大的點，再進行二次擬合而形成二次圓，得到所述二次圓的直徑，即所述上表面的孔徑；同理，獲得所述下表面的孔徑；
根據所述上表面及下表面的孔徑，獲得孔徑的平均值、最大值及最小值。
圖1為一種可採用本發明的孔徑測量裝置檢測中間孔徑的硬碟磁頭驅動架的結構示意圖；圖2為本發明實施方式的孔徑測量裝置的立體圖；圖3為圖2中A部分的放大圖。
具體實施方式為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳的實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。需要說明的是，當元件被稱為「固定於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。請參閱圖2及圖3，本發明的一實施方式的孔徑測量裝置100，包括底座110、移動平臺120、平臺驅動裝置130、C⑶相機A 141、CCD相機B 143、遠心透鏡A 151、遠心透鏡B153、光源A 161、光源B 163、定位夾具170、反光鏡180及反光鏡驅動裝置(圖未示)。底座110包括矩形板及四個支腳，四個支腳分別設於矩形板的四個頂角處，用於支撐及平衡矩形板。當然，在本發明中，底座110的結構不限於上述結構，也可為其他結構，例如，具有頂板的框架結構，此時，其他元件均可設於頂板上。移動平臺120設於底座110上，並且相對於底座110可滑動。平臺驅動裝置130，用於驅動移動平臺120滑動。具體在圖示的實施方式中，平臺驅動裝置130為直線電機，設於底座110與移動平板之間。在其他實施方式中，平臺驅動裝置130為旋轉電機，孔徑測量裝置100還包括絲杆及套設於絲杆上的螺母，絲杆與旋轉電機的驅動軸固定連接，螺母與移動平臺120固定連接，旋轉電機驅動絲杆轉動，螺母帶動移動平臺120沿絲杆平移。CXD相機A 141及CXD相機B 143固定於底座110上，並間隔相對設置，CXD相機A 141及C⑶相機B 143均具有攝像孔，並且C⑶相機A 141及C⑶相機B 143的攝像孔相
對設置。遠心透鏡A 151及遠心透鏡B 153，分別設於C⑶相機A 141及C⑶相機B 143的攝像孔處。光源A 161及光源B 163,分別靠近遠心透鏡A 151及遠心透鏡B 153設置。具體在本實施方式中，光源A 161及光源B 163分別設於遠心透鏡A 151及遠心透鏡B 153上。A及光源B 163可以為小型面光源，例如，LED陣列，或者，點光源。優選地，光源A 161及光源B 163為點光源。定位夾具170固定於移動平臺120上，並且位於兩個攝像孔之間。定位夾具170的結構可以採用圖示的結構，也可採用現有的定位夾具，只需夾緊待加工的工件200即可。具體在圖示的實施方式中，孔徑測量裝置100還包括夾具驅動裝置190，用於驅動定位夾具170夾緊待測試的工件200。夾具驅動裝置190為旋轉電機或旋轉氣缸，具體在圖示的實施方式中，夾具驅動裝置190為旋轉氣缸。當然，在本發明中，也可採用自動復位式的定位夾具170，即，將定位夾具170打開，將待加工的工件200放入定位夾具170後，定位夾具170採用彈性復位鍵而自動復位夾緊工件200，此時，無需夾具驅動裝置190。反光鏡180靠近定位夾具170設置,反光鏡180的相對兩側面均為反射面。反光鏡驅動裝置(圖未示)設於移動平臺120上，用於驅動反光鏡180移動。反光鏡驅動裝置為直線電機或伸縮氣缸。在圖不的實施方式中，反光鏡驅動裝置為伸縮氣缸。其中，C⑶相機A 141、C⑶相機B 143的攝像孔、遠心透鏡A 151、遠心透鏡B 153、光源A 161及光源B 163位於同一條光軸上；平臺驅動裝置130驅動移動平臺120在CXD相機A 141與CXD相機B 143之間移動，以改變定位夾具170與CXD相機A 141及CXD相機B 143的攝像孔之間的間距；反光鏡驅動裝置可驅動反光鏡180插入到光軸上。進一步地，為提高測量的精度，孔徑測量裝置100還包括設於底座110上的導軌，移動平臺120沿導軌滑動。相較於傳統的孔徑測量裝置100，上述孔徑測量裝置100至少具有以下優點(I)上述孔徑測量裝置100的光源發射的光線，通過反光鏡180的反射，照射到中間延伸部的上表面或下表面，從而獲取中間延伸部的輪廓尺寸，進而獲取中間延伸部的通孔的孔徑。(2)上述孔徑測量裝置100可採用非接觸的方式測量孔徑，其測試速度快，例如，一個具有四個延伸部的工件完成測試僅6S左右，而接觸式測量需30S。(3)上述孔徑測量裝置100與工件的通孔的內壁不接觸，避免了當前過規檢測方式(即接觸式檢測方式)對工件的刮傷。(4)上述孔徑測量裝置100採用雙面的反光鏡180，可以適應具有三層延伸部以上的中間孔徑的全檢。
(5)上述孔徑測量裝置100可以應用到其他具有多層結構的工件的中間尺寸的測量中。同時，本發明還提供一種孔徑測量方法，其採用上述孔徑測量方法，其包括如下步驟步驟a，將待測試的工件200夾持在定位夾具170上，工件200包括至少三層的間隔設置的延伸部，每個延伸部上對應開設有通孔，並且每個延伸部的上表面與光源A 161相對，下表面與光源B 163相對。步驟b，在光源A 161及光源B 163全部啟動的情況下，反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入位於中間的延伸部的下表面所在的一側，平臺驅動裝置130驅動移動平臺120移動，使位於中間的延伸部的上表面聚焦在CCD相機A 141，獲得位於中間的延伸部的上表面的圖像數據。步驟C，反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入位於中間的延伸部的上表面所在的一側，平臺驅動裝置130驅動移動平臺120移動，使位於中間的延伸部的下表面聚焦在CCD相機B 143，獲得位於中間的延伸部的下表面的圖像數據。需要說明的是，反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入位於中間的延伸部的下表面所在的一側，或者，反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入位於中間的延伸部的上表面所在的一側，即，反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入兩個延伸部之間，若工件200為硬碟磁頭驅動架，則反光鏡驅動裝置驅動反光鏡180插入兩個指片之間。在圖示的實施方式中，由於反光鏡180的厚度為1. 2毫米，硬碟磁頭驅動架的相鄰兩個指片之間的間距為1. 8毫米，因此，反光鏡180完全可以插入硬碟磁頭驅動架的相鄰兩個指片之間。步驟d，根據位於中間的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得位於中間的延伸部的通孔的孔徑。若需要測量工件200的位於外側的延伸部的通孔的孔徑，則孔徑測量方法還包括如下步驟步驟e，在光源A 161關閉及光源B 163啟動的情況下，平臺驅動裝置130驅動移動平臺120移動，使工件200的位於外側的延伸部的上表面聚焦在CCD相機A 141，獲得位於外側的延伸部的上表面的圖像數據。步驟f，在光源B 163關閉及光源A 161啟動的情況下，平臺驅動裝置130驅動移動平臺120移動，使位於外側的延伸部的下表面聚焦在CCD相機B 143，獲得位於外側的延伸部的下表面的圖像數據。步驟g，根據位於外側的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得位於外側的延伸部的通孔的孔徑。其中孔徑的計算方法，可以採用現有的圖像計算方法，也可採用本發明實施方式的記載的方法。具體在本實施方式中，步驟d或步驟g具體包括如下步驟步驟一，利用圖像算法獲取上表面的孔徑邊緣點的坐標，再擬合成一次圓，得到一次圓的直徑；步驟二，除去一次圓上偏移量較大的點，再進行二次擬合而形成二次圓，得到二次圓的直徑，即上表面的孔徑；步驟三，同理，獲得下表面的孔徑；
步驟四，根據上表面及下表面的孔徑，獲得孔徑的平均值、最大值及最小值。由於上、下表面的孔徑大小有區別，為了滿足裝配要求，需要得到孔徑上、下表面的孔徑的平均值，最大值和最小值。需要說明的是，上述描述的各步驟之間，本領域技術人員可以根據實際需要調換順序，例如，步驟也可在步驟b之前。因此，無論各步驟的順序如何調換，均在本發明的保護範圍內。下面以硬碟磁頭驅動架為例，詳細說明本發明的孔徑測量方法將硬碟磁頭驅動架安裝在定位夾具170上，夾具驅動裝置190驅動定位夾具170自動夾緊，平臺驅動裝置130帶動硬碟磁頭驅動架向右移動，將硬碟磁頭驅動架的位於外側的指片聚焦在CCD相機A141，關閉光源A 161，啟動光源B 163，獲取位於外側的指片的上表面圖像數據；再將硬碟磁頭驅動架向左移動，將硬碟磁頭驅動架聚焦在CCD相機B 143，關閉光源B 163，啟動光源A 161，獲得位於外側的指片的下表面圖像數據；將光源A 161及光源B 163全部啟動，反光鏡驅動裝置帶動反光鏡180進入，平臺驅動裝置130將中間指片的上表面聚焦在CCD相機A 141，反光鏡180是雙面反光的，光源A 161照射在反光鏡180上，再反射回來，就得到中間指片的輪廓，這樣使間隙中間無法打光的位置得到完整圖像；同理，再將反光鏡180插入另外一個間隙，中間指片的下表面聚焦在CCD相機B 143，通過圖像計算，獲取中間指片的孔徑數據。以上實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種孔徑測量裝置，其特徵在於，包括 底座； 移動平臺，設於所述底座上，並且相對於所述底座可滑動； 平臺驅動裝置，用於驅動所述移動平臺滑動； (XD相機A及(XD相機B，固定於所述底座上，並間隔相對設置,所述(XD相機A及(XD相機B均具有遠心鏡頭，並且所述CXD相機A及CXD相機B的攝像孔相對設置； 遠心透鏡A及遠心透鏡B，分別設於所述CXD相機A及CXD相機B的攝像孔處； 光源A及光源B，分別安裝在所述遠心透鏡A及遠心透鏡B上； 定位夾具，固定於所述移動平臺上，並且位於所述兩個攝像孔之間； 反光鏡，靠近所述定位夾具設置，所述反光鏡的相對兩側面均為反射面 '及 反光鏡驅動裝置，設於所述移動平臺上，用於驅動反光鏡移動； 其中，所述CXD相機A、CXD相機B的攝像孔、遠心透鏡A、遠心透鏡B、光源A及光源B位於同一條光軸上；所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺在所述CCD相機A與CCD相機B之間移動，以調節所述定位夾具與所述CCD相機A及CCD相機B的攝像孔之間的焦距；所述反光鏡驅動裝置可驅動所述反光鏡插入到所述光軸上。
2.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，所述光源A及光源B分別設於所述遠心透鏡A及遠心透鏡B上。
3.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，所述光源A及光源B均為點光源。
4.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，所述平臺驅動裝置為伺服電機。
5.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，所述平臺驅動裝置為旋轉電機，所述孔徑測量裝置還包括絲杆及套設於所述絲杆上的螺母，所述絲杆與所述旋轉電機的驅動軸固定連接，所述螺母與所述移動平臺固定連接，所述旋轉電機驅動所述絲杆轉動，所述螺母帶動所述移動平臺沿所述絲杆平移。
6.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，還包括夾具驅動裝置，用於驅動所述定位夾具夾緊待測試的工件。
7.如權利要求1所述的孔徑測量裝置，其特徵在於，還包括設於所述底座上的導軌，所述移動平臺沿所述導軌滑動。
8.一種採用如權利要求r7任一項所述的孔徑測量裝置的孔徑測量方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟a，將待測試的工件夾持在所述定位夾具上，所述工件包括至少三層的間隔設置的延伸部，每個延伸部上對應開設有通孔，並且每個延伸部的上表面與所述光源A相對，下表面與所述光源B相對； 步驟b，在所述光源A及光源B全部啟動的情況下，所述反光鏡驅動裝置驅動所述反光鏡插入所述位於中間的延伸部的下表面所在的一側，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於中間的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相機A，獲得所述位於中間的延伸部的上表面的圖像數據； 步驟c，所述反光鏡驅動裝置驅動所述反光鏡插入所述位於中間的延伸部的上表面所在的一側，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於中間的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相機B，獲得所述位於中間的延伸部的下表面的圖像數據；步驟d，根據所述位於中間的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得所述位於中間的延伸部的通孔的孔徑。
9.如權利要求8所述的孔徑測量方法，其特徵在於，若需要測量所述工件的位於外側的延伸部的通孔的孔徑，則所述孔徑測量方法還包括如下步驟 步驟e，在所述光源A關閉及所述光源B啟動的情況下，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述工件的位於外側的延伸部的上表面聚焦在所述CCD相機A，獲得所述位於外側的延伸部的上表面的圖像數據； 步驟f，在所述光源B關閉及所述光源A啟動的情況下，所述平臺驅動裝置驅動所述移動平臺移動，使所述位於外側的延伸部的下表面聚焦在所述CCD相機B，獲得所述位於外側的延伸部的下表面的圖像數據； 步驟g，根據所述位於外側的延伸部的上表面及下表面的圖像數據，獲得所述位於外側的延伸部的通孔的孔徑。
10.如權利要求9所述的孔徑測量方法，其特徵在於，所述步驟d或步驟g具體包括如下步驟 利用圖像算法獲取上表面的孔徑邊緣點的坐標，再擬合成一次圓，得到所述一次圓的直徑； 除去所述一次圓上偏移量較大的點，再進行二次擬合而形成二次圓，得到所述二次圓的直徑，即所述上表面的孔徑； 同理，獲得所述下表面的孔徑； 根據所述上表面及下表面的孔徑，獲得孔徑的平均值、最大值及最小值。
全文摘要
一種孔徑測量裝置及方法，該裝置包括底座；移動平臺，設於底座上，並且相對於底座可滑動；平臺驅動裝置，用於驅動移動平臺滑動；兩個CCD相機，固定於底座上，並間隔相對設置，兩個CCD相機均具有攝像鏡頭，並且相對安置；兩個遠心透鏡，分別設於兩個CCD相機的鏡頭處；兩個光源，分別安裝在兩個遠心透鏡中；定位夾具，固定於移動平臺上，並且位於兩個攝像孔之間；反光鏡，靠近定位夾具設置，反光鏡的相對兩側面均為反射面；反光鏡驅動裝置，設於移動平臺上，用於驅動反光鏡移動；平臺驅動裝置驅動移動平臺在兩個CCD相機之間移動。上述孔徑測量裝置及方法，其可測量具有多層結構的工件的中間孔徑，並且檢測效率較高、速度較快、可避免刮傷待檢測工件。
文檔編號G01B11/08GK102997857SQ20121044114
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月7日 優先權日2012年11月7日
發明者方文, 李嘯, 蘇志鋒, 劉旭明, 陳珏然 申請人:福群電子(深圳)有限公司