[发明专利]测量盲小孔与狭槽的三维测头和测量方法

说明书

本发明属长度计量与测试技术领域。

高精度与微型化是当前科技与工业发展的必然趋势，微小内尺寸的测量比微小外尺寸更困难，对于盲小孔的测量，特别是要测出其任意截面处孔的尺寸和形状误差，未见到报到。

现有的测孔方法很多，主要有接触法和非接触法两种。

一.接触式测量

1.坐标测量机测量法

坐标测量机测量法是在三坐标测量机上，利用测球和孔壁接触，感受并存储球坐标值，通过数据处理而实现对孔的测量，这种方法既能测通孔而且能够测盲孔，在测量φ0.5mm及至更小的孔时，由于测头细测杆的变形误差，测量力不稳定引起的测量误差等因素的影响，所以在测量φ0.5mm以下的孔时，其测量性能明显下降，而且测量头也容易损坏。

2.701A孔径测量仪

中国计量科学院生产的701A孔径测量仪其测量精度±0.5mm，被测孔范围Φ1～Φ50，被测孔最深度为30mm，并且要配合二.三等量块使用，此仪器采用接触式干涉法进行则量，将被测孔与量块进行比较，瞄准机构用电路系统控制平行片簧自动停车，读数系统用消色差光楔补偿电路的方法读数。

3.电接触法测孔

哈尔滨工业大学研究的微机控制的电接触微孔测量方法，用5V低电压接触来判断探针与被测工件孔壁的按触状态，并用微机对测量过程进行控制，被测孔放置在精密X-Y测量机工作台上，工作台X和Y方向分别装有步进电机.（见王东浩等著，微机控制和电接触微孔测量方法，计量技术No.1 1981）这种方法最大极限误差为7um。

二.非接触式测量方法

1.光学放大方法

光学放大方法是采用光学放大成像的测孔方法对孔进行测量.例如，用400倍的放大倍数，可以检验孔径为0.038mm大小的孔，对于更小的孔，可以采用扫描电镜来检测，但光学放大方法只能到孔表面的测量信息，而不能测量孔深处的尺寸，而且在孔端面的任何毛刺，杂物和边缘缺陷都将影响取得的读数结果。

2.小孔的夫琅和费衍射测量孔径

这种方法是将一束平行激光束垂直入射圆孔中心，形成夫琅和费衍射图象，从而测得孔径A的方法，A＝Mλ△L/△R_K，其中λ为激光波长，M＝Z/2，Z是Z阶贝塞尔函数的零点值，L是衍射距离L的改变量，R_K为衍射距离L改变前后第K阶衍射环半径的变化量，这种方法检测精度为1%左右，但只能测通孔而不能测盲孔，见（微机控制的微孔径激光检测装置的研究，仪器仪表学报No.1 1988.）

3.激光光点扫描反射测量法。

利用He/Ne激光器，它对工件进行调焦，激光通过聚光镜聚焦在目标表面上，反射光回来，经过同一个聚光镜落到双单元“零灵敏”的光电检测器上当目标表面在聚光镜焦面上时，这时光电接收元件得到零信号，当目标表面离开光电检测器的零点，并产生电流信号，从而进行瞄准，测量时利用扫描镜使激光束对孔的横截面扫描，分别瞄准被测孔的孔壁，从而测得孔的直径，这种方法只能测量孔端面的尺寸，而不能测得任意截面孔的尺寸。

4.气动式孔径测量方法

用此方法来实现小孔测量时，往往以小孔本身作为测量喷嘴，这样小孔的孔径值直接由浮标所处的高度H显示出来：D＝F（H），也有利用测定一定量的气体流过被孔的时间来确定孔径大小的方法，气动式孔径测量，只综合反映小孔对气体流径过它时的影响，是对孔在最小截面处的平均直径的测量，只能测量通孔。

综合上述，现有的小孔测量技术有以下不足：对于直径0.5mm以下的小孔，测量时由于存在细测杆变形误差的影响，而使接触测量很困难.现有的光学测量小孔的方法，一般只能获得孔端面或最小截面的尺寸和形状误差，而且光学方法对盲小孔几乎无法测量。

本发明的目的在于：

1.可以测量大于φ0.2mm的盲小孔和狭槽，并对测杆变形误差自动补偿。

2.可以测出φ0.2mm以上的孔和狭槽的任意截面尺寸和形状误差。

3.能用于三维测量。

图1是本发明的具体结构与工作原理图。