[发明专利]用于测量孔内壁几何形状的装置和对应的方法

说明书

本发明涉及用于测量孔、钻孔和通道的内壁几何形状的装置，这些孔、钻孔和通道可选地是沉头的且特别是用于工件的螺纹、销和铆钉连接，所述装置包括至少一个光学传感器，该光学传感器朝向内壁测量，并且能够被引入钻孔中以及通过进给/转动单元转动，其中，辅助件设置有通道且搁置在工件的表面上，所述传感器通过该通道进入沉头部和/或孔中。该装置的特征在于，辅助件的内壁设置有结构，且传感器在穿过辅助件时扫描所述结构。本发明还涉及对应的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于测量孔、钻孔和通道的内壁几何形状的装置，这些孔、钻孔和通道可选地是沉头的且特别是用于工件的螺纹、销和铆钉连接，所述装置包括至少一个光学传感器，该光学传感器朝向内壁测量，并且能够被引入钻孔中以及通过进给/转动单元转动，其中，辅助件设置有通道且搁置在工件的表面上，所述传感器通过该通道被插入沉头部和/或孔中。

此外，本发明涉及一种用于测量孔、钻孔和通道的内壁几何形状的方法，这些孔、钻孔和通道可选地是沉头的且特别是用于工件的螺纹、销和铆钉连接，其中，朝向内壁测量的至少一个光学传感器能够被引入钻孔中且通过进给/转动单元转动，其中，辅助件设置有通道且搁置在工件的表面上，所述传感器通过该通道被插入沉头部和/或孔中。

关于通用特征，要指出的是，这与测量孔、钻孔和通道的内壁有关，这些孔、钻孔和通道可能是沉头的或不是沉头的。当在本文中论述孔时，该术语应理解为任何材料凹部的同义词。最后，在本文中，测量是指对内壁的光学扫描。

背景技术

在许多制造领域中，测量孔或钻孔变得越来越重要。用于螺纹、销和铆钉连接的孔的内径决定性地影响连接的后续强度，这是由于孔的未调整的直径或未精确测量的深度可能导致：或者无法引入螺钉、销或铆钉(孔过小)，或者无法适当地保持螺钉、销或铆钉(孔过大)。关于沉头螺钉和铆钉，螺钉或铆钉头也被认为是齐平的而不突出。因此，特别是例如在汽车或航空器工业中的涉及安全的螺纹和铆钉连接需要在拧入或铆接操作之前对孔的几何形状进行精确测量。

航空器构建进一步要求铆钉与航空器的外壳齐平，以避免会导致更高燃料消耗的空气湍流。

在用于测量孔的几何形状的领域中已知有不同的技术。例如，通过使用合适的支承件将距离传感器引入钻孔中，一个或若干个距离传感器可确定直径。传感器横向地测量至孔内壁的距离。通过使传感器随其支承件转动，可在整个周界上确定内径。常见的是使用两个或更多个传感器。这些传感器或者仅在一些位置处确定直径(而不转动)，或者这些传感器由于无需完全转动而更快地测量。如果，在测量期间，传感器的支承件朝向孔轴向运动，则可扫描孔的内表面并测量其几何形状。

在本领域中已知用于测量距离的不同技术。简易的距离扫描传感器(测量探针)需要大的构建空间且因此仅适用于大的孔。此外，这些传感器接触表面，从而可能导致损坏工件。为此原因，使用了非接触式测量技术，例如是电容或光学技术。

电容式测量的缺点在于测量点相对较大的尺寸，这仅允许获得粗略的平均值。因此，光学测量技术是优选的。特别合适的是激光距离传感器或光学共焦传感器，这些传感器允许接近点状测量，从而使得可能确定具有高空间分辨率的孔的几何形状。

从EP 1 754 018 A1中已知一种借助光学共焦传感器对孔的示意性测量。通过使用合适的光束偏转(镜面或棱镜)，传感器的测量光束横向地投射到孔的内壁上。通过转动传感器，孔的内壁被扫描。光学方法的优势包括：探针头部的非常小的尺寸和紧凑的构造，同时，光线经由光导件导入探针头部并在探针头部处偏转。传感器的剩余部件(光源、分光仪、评估单元等)可设置在孔的外部。借助这种布置，可在亚毫米级的区域中测量孔。

在现有技术中，可轻易地测量简易圆筒形孔。然而，如果孔是如对于螺纹或铆钉连接而言可能的情形那样沉头的，以避免螺钉或铆钉头部的任何突出，则现有技术无法使用。螺纹或铆钉连接常常用来连接两个或更多个工件，在沉头的情形中，螺钉或铆钉头需要是沉头的。