[发明专利]一种基于光谱共焦原理非接触式螺纹测量装置

说明书

本发明提供了一种基于光谱共焦原理非接触式螺纹测量装置，包括光谱共焦镜头和反射镜，反射镜包括反射镜面和支架结构，光谱共焦镜头和反射镜的支架结构连接，光谱共焦镜头一端设有光线入口，光谱共焦镜头包括镜筒和若干个光学镜片，所有的光学镜片作为一个光学系统对经过光线入口的白光进行色散，色散后沿轴向进行聚焦；反射镜面对光束进行分束和折转，光束最后聚焦在待测梯形螺纹的表面；反射镜面横截面为等腰三角形，底角根据待测螺纹斜面的倾斜角度而定，光线从反射镜反射后，保证中心光线和待测螺纹斜面是垂直的关系。本发明能够实现非接触法测量梯形螺纹的轮廓，进而提取出螺距、牙型角。

技术领域

本发明涉及测量装置，尤其涉及螺纹的测量装置。

背景技术

螺纹是人类最早发明的基础机械之一，由于具有容易装配和方便拆卸的特性，广泛地应用在航天、化工、汽车等领域，其所使用的螺纹，一般用螺纹量规进行检测，而螺纹量规则使用仪器进行测量。

目前常用的螺纹检测方法有：

(1)二维接触式扫描测量法。采用精密轴承驱动测针对螺纹进行接触扫描，由光栅系统记录扫描过程中的轮廓轨迹坐标，最后由软件进行合成和计算，获得螺纹的综合参数。

(2)基于光谱共焦原理的非接触式测量方法。

本发明最相近似的实现方案为一种基于光谱共焦传感器的螺纹参数测量装置。(CN 108592795A)。该方案利用光谱共焦测头直接(测头光轴垂直于待测螺纹所在运动平台的运动方向)扫描螺纹轮廓，获取螺纹的轮廓曲线。根据螺纹轮廓来得到螺距、牙型角、锥度等二维螺纹参数。

现有的光谱共焦检螺纹检测方法存在以下几个缺点：

目前能用于螺纹测量的光谱共焦测头的设计测量角度最大为45°左右、量程为4mm左右，更大角度和量程的光谱共焦镜头虽然也有，但在体积、成本上会增大很多。体积的增大对于检测外螺纹没有影响，但对于检测内螺纹的话，镜头口径的增大，会导致检测的螺纹种类非常有限(只能检测直径比镜头直径更大的螺纹)。另外一方面，这类光谱共焦镜头用于检测普通螺纹是可行的，但无法用于检测梯形螺纹，因为梯形螺纹的牙型角为30°，也就是说牙侧面角度更加陡一些，这个对于光谱共焦检测方法来说，难以获取有效的光信号。

光谱共焦检测原理是基于反射的原理，光线聚焦在待测表面，然后经过反射再回到镜头，对于镜面来说，设计角度为45°的镜头，最多可以检测45°的斜面镜面，最多检测45°斜面是针对镜面反射来说，实际在检测普通螺纹时，螺纹的表面一般为金属材质，并不属于镜面，光线聚焦在金属表面会进行漫反射，所以设计角度为45°的光谱共焦镜头是可以检测更大角度的金属斜面的。普通螺纹的牙型角(斜面角度)为60°，经验实验验证，用设计角度为45°的镜头来检测螺纹，可以检测普通螺纹的轮廓。但是对于梯形螺纹(斜面角度为75°)，也是无法检测的。

发明内容

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种基于光谱共焦原理非接触测量梯形螺纹轮廓的装置，对被测梯形螺纹轮廓进行扫描，测量出螺纹螺距、牙型角等参数。

一种基于光谱共焦原理非接触式螺纹测量装置，包括光谱共焦镜头和反射镜，反射镜包括反射镜面和支架结构，光谱共焦镜头和反射镜的支架结构连接，光谱共焦镜头一端设有光线入口，光谱共焦镜头包括镜筒和若干个光学镜片，所有的光学镜片作为一个光学系统对经过光线入口的白光进行色散，色散后沿轴向进行聚焦；反射镜面对光束进行分束和折转，光束最后聚焦在待测梯形螺纹的表面；反射镜面横截面为等腰三角形，底角根据待测螺纹斜面的倾斜角度而定，光线从反射镜反射后，保证中心光线和待测螺纹斜面是垂直的关系；在光束聚焦的附近，安装此反射镜，光线经过螺纹表面的反射、反射镜的反射，最后再次进入光谱共焦镜头中，最后耦合进光纤，传递至后续的控制系统。

作为本发明的进一步改进，反射镜整体和所述光谱共焦镜头通过螺纹连接。