一种用于孔在线检测与孔精加工的装置及其加工方法与流程

1.本发明涉及检验检测技术领域，具体涉及一种用于孔在线检测与孔精加工的装置及其加工方法。


背景技术：

2.随着航空制造技术的飞速发展，大型复材蒙皮越来越多地应用于飞机外形零件。复材蒙皮与飞机内部的金属结构件通常采用铆钉联接，因此需要在蒙皮上制出锪窝孔。在传统的制造工艺中，工人首先借助手持式钻头完成锪窝孔的粗加工，即制出初孔；然后借助专用手动工具依次完成锪窝孔的精加工，包括扩孔、铰孔与锪窝。手工制孔不仅效率低下，其制孔精度也受限于工人技能水平。一架飞机拥有孔数以万计的锪窝孔，手工制孔已经成为限制飞机制造效率提升的瓶颈问题之一。
3.为了提高制孔效率和制孔精度，数控制孔工艺被引入到蒙皮零件锪窝孔的精加工过程。由于手工制初孔的孔位与零件模型上的理论孔位之间存在较大误差，不能直接采用理论孔位编制孔精加工程序。因此在孔精加工之前，还必须精确测量初孔的孔位，包括孔心坐标与孔的法向量，然后根据孔位实测值进行精加工。
4.随着数字化检测技术的快速发展，以机器视觉技术为代表的新型检测技术越来越多地应用于工业检测领域。机器视觉技术属于非接触式检测技术，它没有传统接触式探头存在的碰撞风险，能够检测接触式探头无法达到的狭小区域。机器视觉检测对象时存储信息的媒介为图像，在图像中包含大量有用信息，借助图像处理技术可以分析被测对象的其他属性。例如，此处在检测初孔的孔位信息时，还可以通过分析图像评价孔的加工质量，比如孔的圆度、孔口是否存在毛刺、锪窝区域的表面粗糙度。
5.因此，利用机器视觉技术设计一种装置，将其集成在数控机床主轴上，与孔精加工刀具配合使用，能够同时达到孔在线检测与孔精加工的目的，对于提高锪窝孔的制造精度、提升飞机制造效率具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术中上述的锪窝孔制造效率低、加工质量差的问题，本发明通过提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置及其加工方法，所述用于孔在线检测与孔精加工的装置安装在机床主轴上，其结构包括精加工刀具、激光位移传感器组、图像采集器。通过图像采集器对标定孔进行标定，消除所述用于孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系之间的偏转角和偏移量，得到待测蒙皮零件的表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式；在初孔测量时通过拍摄照片和图像处理计算，获取孔心坐标并计算出孔的法向量，实现孔的在线检测，精加工刀具根据测量的孔心坐标和孔的法向量立即完成对孔的精加工，提高了制孔效率和制孔精度。
7.为实现上述目的，本发明具体内容如下：本发明提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，用于安装在机床主轴上，以
放置的标定件上的标定孔建立标定坐标系，对待测蒙皮零件的待测初孔进行检测和加工，包括加工刀具、检测装置；所述加工刀具安装在所述机床主轴上；所述检测装置包括图像采集器、激光位移传感器组；所述图像采集器安装在所述机床主轴上且图像采集方向与所述加工刀具刀尖的加工方向平行；所述激光位移传感器组固定设置在图像采集器进行图像采集的一端。
8.为了更好地实现本发明，进一步地，所述激光位移传感器组为在360度内均匀间隔设置的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器；所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器的激光发射方向与机床工作台平面的夹角为60度。
9.为了更好地实现本发明，进一步地，所述图像采集器包括远心镜头、工业相机；所述远心镜头安装在工业相机下端；所述激光位移传感器组固定设置在远心镜头进行图像采集的一端。
10.为了更好地实现本发明，进一步地，所述图像采集器与所述机床主轴之间设置有固定连接器；所述图像采集器通过固定连接器与所述机床主轴固定连接。
11.为了更好地实现本发明，进一步地，所述固定连接器为支架；所述支架一端与机床主轴固定连接，另一端与图像采集器连接。
12.为了更好地实现本发明，进一步地，所述支架与机床主轴连接的一端设置有通孔、螺钉；所述螺钉穿过所述通孔与所述机床主轴连接。
13.为了更好地实现本发明，进一步地，所述图像采集器进行图像采集的一端设置有补光灯；所述激光位移传感器组设置在补光灯上。
14.本发明还提出了一种孔在线检测与孔精加工的方法，基于上述的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置；所述方法包括以下步骤：步骤1：将所述用于孔在线检测与孔精加工的装置的加工刀具和图像采集器安装在机床主轴上，将激光位移传感器组安装在图像采集器进行图像采集的一端，在标定件上制出标定孔，将制出标定孔的标定件置于机床工作台上，以标定孔上表面为z0平面，以标定孔孔心为坐标原点，以竖直向上为z轴正方向，以平行于机床的机床坐标系的x轴的轴为标定坐标系的x轴，建立标定坐标系o-xayaza；步骤2：在建立的标定坐标系o-xayaza中设置两个指定拍照位置p1、p2，将机床主轴移动至p1、p2两个位置对标定孔进行拍照，将在p1、p2两个位置拍摄到的照片中的孔合并在一张照片中，消除合并后的照片中的照片边与机床坐标系x轴之间的夹角；在建立的标定坐标系o-xayaza中设置两个指定拍照位置p3、p4，将机床主轴移动至p3、p4两个位置对标定孔进行拍照，计算出在p3、p4位置拍摄到的照片的孔心坐标，根据拍摄照片的孔心坐标，消除所述用于孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系之间的偏转角；
在建立的标定坐标系o-xayaza中设置指定拍照位置p5，将机床主轴移动p5位置对标定孔进行拍照，消除标定孔孔心与在p5位置拍到的照片的照片边中点的偏移距离和，直到标定孔孔心与照片中心重合；在建立的标定坐标系o-xayaza中设置5个x、y坐标相同、z坐标不同的拍照位置p6、p7、p8、p9、p
10
，移动机床主轴至p6、p7、p8、p9、p
10
位置对所述激光位移传感器组进行标定，通过线性拟合得到待测蒙皮零件表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式；步骤3：将待测蒙皮零件用人工制孔的方式制出待测初孔，将待测蒙皮零件固定于工装上，以工装的边角点作为坐标原点，水平向右为x+方向，竖直向上为z+方向，建立测量坐标系o-x
syszs
，测量待测初孔在测量坐标系o-x
syszs
下的孔心坐标，并计算出待测初孔在测量坐标系o-x
syszs
下的平面法向量；步骤4：根据步骤3测量得到的待测初孔在测量坐标系o-x
syszs
下的孔心坐标和平面法向量，使用精加工刀具对准待测蒙皮零件，在待测蒙皮零件上加工一个覆盖对应的待测初孔的新孔作为后续加工使用的初孔，以加工的新孔作为待测初孔，完成待测初孔的精加工。
15.为了更好地实现本发明，进一步地，步骤2中所述消除合并后的照片中照片的边与机床坐标系x轴之间的夹角的具体步骤包括：步骤a1：依次将机床主轴移动至标定坐标系下的p1、p2位置对标定孔进行拍照，将在p1、p2位置拍摄的两张照片中的孔合并在一张照片中，经过图像处理计算角，其中角为合并后的照片的照片边与机床坐标系x轴之间的夹角；步骤a2：令；步骤a3：将输入至标定坐标系的z轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系z轴旋转角度，重复步骤a1；步骤a4：当绝对值小于的允许值，进行步骤a5；当绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤a3、步骤a4，直到绝对值小于的允许值；步骤a5：记录此时的值。
16.为了更好地实现本发明，进一步地，步骤2中所述消除合并后的照片中的照片边与机床坐标系y轴之间的夹角、与机床坐标系x轴之前的夹角的具体步骤包括：步骤b1：移动机床主轴至标定坐标系下的p3、p4位置，在p3、p4位置对标定孔进行拍照，经过图像处理计算、,为所述用于孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系y轴之间的夹角，为所述用于孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系x轴之间的夹角；步骤b2：令；步骤b3：将输入至标定坐标系的x轴旋转补偿值，将输入至标定坐标系的y轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系x轴旋转角度，以及绕机床坐标系y轴
旋转角度，重复步骤b1；步骤b4：当的绝对值分别小于的允许值，进行步骤b5；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令，重复步骤b3、步骤b4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤b3、步骤b4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤b3、步骤b4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；步骤b5：记录此时的值。
17.为了更好地实现本发明，进一步地，步骤2中所述消除标定孔孔心与在p5位置拍到照片的照片边的中点的偏移距离和标定孔孔心与在p5位置拍到的照片的照片的边中点的偏移距离的具体步骤包括：步骤c1：将机床主轴定位至标定坐标系下的p5位置后拍摄标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片，通过图像处理计算孔心与标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片中心的距离；步骤c2：令；步骤c3：将输入至标定坐标系的x轴偏移补偿值，将输入至标定坐标系的y轴偏移补偿值，使标定坐标系沿着机床坐标系x轴移动，以及沿着机床坐标系y轴移动，重复步骤c1过程；步骤c4：分别按以下4种情况处理：当绝对值分别小于的允许值，进行步骤c5；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令。重复步骤c3、步骤c4过程，直到绝对值分别小于的允许值；
当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤c3、步骤c4过程，直到绝对值分别小于的允许值；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤c3、步骤c4过程，直到绝对值分别小于的允许值；步骤c5：记录此时的值。
18.为了更好地实现本发明，更进一步地，所述步骤2中p1、p2的y、z坐标相等，p3、p4的x、y坐标相等，p5的y坐标等于零；步骤5中p6、p7、p8、p9、p
10
的z坐标成等差数列，且对称分布于z=0两侧。
19.本发明具有以下有益效果：本发明提出的用于孔在线检测与孔精加工的装置的标定过程清除了装置与机床坐标系之间的偏转角和偏移量，得到待测蒙皮零件表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式；在待测初孔测量时通过拍摄照片和图像处理计算，可以获取待测初孔孔心坐标与待测初孔的法向量，实现孔的在线检测，精加工刀具根据测量结果立即完成对孔的精加工，提高了制孔效率和制孔精度。
附图说明
20.图1为本发明提出的装置爆炸图；图2为本发明提出的装置的一个轴测图；图3为本发明提出的装置的另一个轴测图；图4为支架的轴测图；图5为机床主轴的轴测图；图6为补光灯的轴测图；图7为补光灯的剖视图；图8为远心镜头的轴测图；图9为步骤1的示意图；图10为清除装置αn角之前拍摄的照片；图11为清除装置αn角之后拍摄的照片；图12为清除装置βn角之前孔心h像素坐标示意图；图13为清除装置γn角之前孔心w像素坐标示意图；图14为清除装置βn、γn角之后孔心w、h像素坐标示意图；图15为标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片；图16为激光位移传感器组标定示意图；图17为测量待测初孔的示意图；图18为光斑的照片；
图19为加工刀具为铰刀时的铰孔示意图；图20为本发明提出的装置加工流程图的第一部分；图21为本发明提出的装置加工流程图的第二部分；图22为本发明提出的装置加工流程图的第三部分；其中，1、机床主轴，1-1、第一螺纹孔，1-2、第二螺纹孔，1-3、第三螺纹孔，2、第一联接螺钉，3、第二联接螺钉，4、第三联接螺钉，5、加工刀具，6、补光灯，61、圆锥形结构，611、第四通孔，612、第五通孔，613、第六通孔，614、发光面，615、光束，62、第二套筒结构，621、第四螺纹孔，622、第五螺纹孔，623、第六螺纹孔，7、第一锁紧螺钉，8、第二锁紧螺钉，9、第三锁紧螺钉，10、第一激光位移传感器，101、第一光斑，11、第二激光位移传感器，111、第二光斑，12、第三激光位移传感器，121、第三光斑，13、远心镜头，14、支架，141、第一套筒结构，142第一通孔，143、第二通孔，144、第三通孔，15、工业相机，16、标定件，161、标定孔，17、清除装置α角之前拍摄的照片，18、清除装置α角之后拍摄的照片，19、标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片，20、工装，21、待测蒙皮零件，211、待测初孔。
具体实施方式
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.实施例1：本实施例提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，用于安装在机床主轴1上，以放置的标定件16上的标定孔161建立标定坐标系，对待测蒙皮零件21的待测初孔211进行检测和加工；所述用于孔在线检测与孔精加工的装置包括加工刀具5、检测装置；所述加工刀具5安装在所述机床主轴1的图像采集端；所述检测装置包括补光灯6、远心镜头13、工业相机15、支架14、第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12；所述支架14一端与机床主轴1连接，另一端与远心镜头13连接；所述远心镜头13与支架14连接的一端与工业相机15连接，另一端与补光灯6连接；所述补光灯6贯穿设置有第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12。
24.进一步地，所述支架14包括第一套筒结构141；所述远心镜头13包括第一圆柱结构131、第二圆柱结构132；所述补光灯6包括第二套筒结构62；
所述第一套筒结构141内径大于所述第一圆柱结构131外径；所述第二套筒结构62内径大于第二圆柱结构132外径。
25.进一步地，所述支架14与机床主轴1连接的一端设置有第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144、第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4；所述第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4穿过所述第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144与机床主轴1连接。
26.进一步地，所述补光灯还包括圆锥形结构61；所述圆锥形结构61上设置有第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613；所述第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12穿过所述第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613与补光灯6连接；进一步地，所述第二套筒结构62上设置有第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔623、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9；所述第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9穿过所述第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔623与所述远心镜头13连接。
27.工作原理：本实施例提出的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其结构特征包括：精加工刀具5、补光灯6、第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12、远心镜头13、支架14、工业相机15，以及用于固联各组件的第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9。
28.机床主轴1的端面制出相同的第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3。支架14的一端制出相同的第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144，支架14的另一端为第一套筒结构141。第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4分别穿过第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144后拧入第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3。
29.远心镜头13的上端为第一圆柱结构131，下端为第二圆柱结构132。在第一圆柱结构131外表面涂抹胶粘剂，然后将第一圆柱结构131插入第一套筒结构141，静置一段时间确保胶粘剂完全凝固。
30.补光灯6的上端为第二套筒结构62，下端为圆锥形结构61。第二套筒结构62的侧面制出相同的第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633；圆锥形结构61侧面制出相同的第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613。将第二套筒结构62套入第二圆柱结构132，然后将第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9分别拧入第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633，直到螺钉端部抵紧第二圆柱结构132的外表面。
31.第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12为相同型号产品，分别在所述三个激光位移传感器的外圆柱面涂抹胶粘剂，然后将第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12分别插入第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613，静置一段时间确保粘接剂完全凝固。
32.补光灯6中圆锥形结构61的内侧面发光面614，发光面614向待测蒙皮零件16发射光束615。
33.精加工刀具5安装在机床主轴1下端。机床主轴1的轴线与远心镜头13的轴线之间存在水平距离l，精加工刀具5刀尖与激光位移传感器12下端之间存在竖直距离h。
34.工业相机15与远心镜头13之间采用标准的c型接口相互连接。
35.所述装置拍摄的照片像素分辨率为w
×
h pixel，即是每幅照片拥有w
×
h个像素点。
36.所述装置的像素当量为λmm/pixel，即所述装置拍摄的照片中每个像素对应的物理长度为λ毫米。
37.进一步地，第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3、第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633的螺纹均为细牙内螺纹；进一步地，第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9的螺纹均为细牙外螺纹；进一步地，第一通孔142的内径比第一联接螺钉2的螺纹外径大1～2mm；进一步地，第一套筒结构141的内径比第一圆柱结构131的外径大0.5～1mm；进一步地，第二套筒结构62的内径比第二圆柱结构132的外径大0.5～1mm；进一步地，第四通孔611的内径比第二激光位移传感器11的外径大0.4～0.8mm；进一步地，发光面614的锥度角范围为90
°
～150
°
；进一步地，机床主轴1轴线与远心镜头13轴线之间的水平距离l为80mm～120mm；进一步地，精加工刀具5刀尖与激光位移传感器12下端之间的竖直距离h为30～50mm；进一步地，精加工刀具5包括扩孔钻、铰刀、锪窝钻；进一步地，工业相机15为cmos相机或ccd相机。
38.进一步地，远心镜头13为双远心镜头。
39.实施例2：本实施例提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置的使用方法，在上述实施例1的基础上，基于用于孔在线检测与孔精加工的装置，包括以下步骤：步骤1：将所述孔在线检测与孔精加工的装置的加工刀具5和检测装置安装在机床主轴1上，在标定件16上制出标定孔161，将制出标定孔161的标定件16置于机床工作台上，以标定孔161上表面为z0平面，以标定孔161孔心为坐标原点，以竖直向上为z轴正方向，以平行于机床坐标系的x轴的轴为标定坐标系的x轴，建立标定坐标系o-xayaza；步骤2：将机床主轴1移动至建立的标定坐标系o-xayaza中的p1（-l，0，z
a1
）、（-l+5，0，z
a1
）p2两个位置，l为机床主轴1的轴线与远心镜头13的轴线之间的水平距离，在p1、p2两个位置对标定孔161进行拍照，将在p1、p2两个位置拍摄到的照片中的孔合并在一副清除装置α角之前拍摄的照片17中，清除装置α角之前拍摄的照片17w边与机床坐标系x轴之间的夹角为αn，将标定坐标系绕机床坐标系z轴旋转-αk角度，αk=αn，来抵消孔在线检测与孔精加工的装置的αn角，直至αn绝对值小于αn的允许值，记录此时的αk值；步骤3：将机床主轴1移动至建立的标定坐标系o-xayaza中的p3（-l，0，z
a2
）、p4（-l，0，h1+z
a2
）两个位置，l为机床主轴1的轴线与远心镜头13的轴线之间的水平距离，h为精加工刀具5刀尖与激光位移传感器12下端之间存在竖直距离，在p3、p4两个位置对标定孔161进行拍照，孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系y轴之间的夹角为βn，孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系x轴之间的夹角为γn,将标定坐标系绕机床坐标系x轴旋转-βk角度，βk=βn，来抵消孔在线检测与孔精加工的装置的βn角，将标定坐标系绕机床坐标系x轴旋转-γk，γk=γn，来抵消孔在线检测与孔精加工的装置的γn角，直到β
n、
γn的绝对值分别小
于β
n、
γn的允许值，记录此时的值；步骤4：将机床主轴1移动至建立的标定坐标系o-xayaza中的p5（-l，0，z
a3
）位置，在p5位置对标定孔161进行拍照，得到标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片19，通过图像处理计算孔心与照片19w边中点的距离、孔心与标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片19h边中点的距离为，将标定坐标系沿着机床坐标系x轴移动，，消除照片中的偏移距离，将标定坐标系沿着机床坐标系y轴移动，，消除照片中的偏移距离，直到绝对值分别小于的允许值，记录此时的值；步骤5：保持机床主轴1在标定坐标系下x、y坐标不变，改变z坐标的值，得到5个x、y坐标相同、z坐标不同的p6、p7、p8、p9、p
10
位置对所述第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12进行标定，通过线性拟合得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器测得距离之间的线性关系式；步骤6：建立测量坐标系，将测量坐标系绕机床坐标系的z轴旋转步骤2记录的角度，将测量坐标系的x轴绕机床坐标系的x轴旋转步骤3记录的角度，将测量坐标系的y轴绕机床坐标系的y轴旋转步骤3记录的角度，将步骤四中过程中的分别输入至测量坐标系的x轴偏移补偿值、y轴偏移补偿值，将测量坐标系沿着机床坐标系x轴移动步骤4记录的偏移距离，将测量坐标系沿着机床坐标系y轴移动步骤4记录的偏移距离；步骤7：移动机床主轴1，将远心镜头13移动到待测蒙皮零件21的待测初孔211上方，第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12向待测蒙皮零件21发射激光形成光斑，将待测初孔211和形成的光斑拍照，结合待测初孔211照片、光斑照片、图像处理技术以及步骤5获得的线性关系式，计算在测量坐标系下的孔心坐标p(x,y,z)坐标以及孔的法向量，完成完成待测初孔211的测量；步骤8：利用步骤7计算出的待测初孔211的孔心坐标p和孔的法向量，移动机床主轴1，将精加工刀具5对准待测初孔211，完成待测初孔211的精加工。
40.进一步地，所述步骤2的具体步骤包括：步骤2.1：依次将机床主轴1移动至标定坐标系下的p1、p2位置对标定孔161进行拍照，将两幅照片中的孔合并在一幅照片17中，经过图像处理计算角；步骤2.2：；步骤2.3：将输入至标定坐标系的z轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系z轴旋转角度，重复步骤2.1；步骤2.4：当绝对值小于的允许值，进行步骤2.5；
当绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤2.3、步骤2.4，直到绝对值小于的允许值；步骤2.5：记录此时的值。
41.进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1：移动机床主轴至标定坐标系下的p3、p4位置，在p3、p4位置对标定孔进行拍照，经过图像处理计算、；步骤3.2：令；步骤3.3：将输入至标定坐标系的x轴旋转补偿值，将输入至标定坐标系的y轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系x轴旋转角度，以及绕机床坐标系y轴旋转角度，重复步骤3.1；步骤3.4：当的绝对值分别小于的允许值，进行步骤3.5；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令，重复步骤3.3、步骤3.4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤3.3、步骤3.4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复步骤3.3、步骤3.4过程，直到的绝对值分别小于的允许值；步骤3.5：记录此时的值。
42.进一步地，所述步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1：将机床主轴定位至标定坐标系下的p5位置后拍摄标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片，通过图像处理计算孔心与标定孔与照片中心重合之前拍摄的照片中心的距离；步骤4.2：令；步骤4.3：将输入至标定坐标系的x轴偏移补偿值，将输入至标定坐标
系的y轴偏移补偿值，使标定坐标系沿着机床坐标系x轴移动，以及沿着机床坐标系y轴移动，重复步骤4.1过程；步骤4.4：分别按以下4种情况处理：1)当绝对值分别小于的允许值，进行步骤4.5；2)当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令。重复步骤4.3、步骤4.4过程，直到绝对值分别小于的允许值；3)当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤4.3、步骤4.4过程，直到绝对值分别小于的允许值；4)当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤4.3、步骤4.4过程，直到绝对值分别小于的允许值；步骤4.5：记录此时的值。
43.更进一步地，所述步骤2中p1、p2的y、z坐标相等；步骤3中p3、p4的x、y坐标相等；步骤4中p5的x坐标等于水平距离l的相反数、y坐标等于零；步骤5中p6、p7、p8、p9、p
10
的z坐标成等差数列，且对称分布于z=0两侧。
44.工作原理：标定过程清除了装置与机床坐标系之间的偏转角和偏移量，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器测得距离之间的线性关系式；在待测初孔测量时通过拍摄照片和图像处理计算，可以获取孔心坐标与孔的法向量，实现孔的在线检测，精加工刀具5根据测量结果立即完成对孔的精加工，提高了制孔效率和制孔精度。
45.本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
46.实施例3：本实施例在上述实施例1或2的基础上，提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其结构特征包括：精加工刀具5、补光灯6、第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12、远心镜头13、支架14、工业相机15，以及用于固联各组件的第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9。
47.机床主轴1的端面制出相同的第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3。支架14的一端制出相同的第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144，支架14的另一端为第一套筒结构141。第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4分别穿过第一通孔142、第二
通孔143、第三通孔144后拧入第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3。
48.远心镜头13的上端为第一圆柱结构131，下端为第二圆柱结构132。在第一圆柱结构131外表面涂抹胶粘剂，然后将第一圆柱结构131插入第一套筒结构141，静置一段时间确保胶粘剂完全凝固。
49.补光灯6的上端为第二套筒结构62，下端为圆锥形结构61。第二套筒结构62的侧面制出相同的第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633；圆锥形结构61侧面制出相同的第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613。将第二套筒结构62套入第二圆柱结构132，然后将第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9分别拧入第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633，直到螺钉端部抵紧第二圆柱结构132的外表面。
50.第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12为相同型号产品，分别在所述三个激光位移传感器的外圆柱面涂抹胶粘剂，然后将第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12分别插入第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613，静置一段时间确保粘接剂完全凝固。
51.补光灯6中圆锥形结构61的内侧面发光面614，发光面614向待测蒙皮零件16发射光束615。
52.精加工刀具5安装在机床主轴1下端。机床主轴1的轴线与远心镜头13的轴线之间存在水平距离l，精加工刀具5刀尖与激光位移传感器12下端之间存在竖直距离h。
53.工业相机15与远心镜头13之间采用标准的c型接口相互连接。
54.所述装置拍摄的照片像素分辨率为w
×
h pixel，即是每幅照片拥有w
×
h个像素点。
55.所述装置的像素当量为λmm/pixel，即所述装置拍摄的照片中每个像素对应的物理长度为λ毫米。
56.为了更好地实现本发明，进一步地，第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3、第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633的螺纹均为细牙内螺纹；进一步地，第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9的螺纹均为细牙外螺纹；进一步地，第一通孔142的内径比第一联接螺钉2的螺纹外径大1～2mm；进一步地，第一套筒结构141的内径比第一圆柱结构131的外径大0.5～1mm；为了更好地实现本发明，进一步地，第二套筒结构62的内径比第二圆柱结构132的外径大0.5～1mm；进一步地，第四通孔611的内径比第二激光位移传感器11的外径大0.4～0.8mm；进一步地，发光面614的锥度角范围为90
°
～150
°
；进一步地，机床主轴1轴线与远心镜头13轴线之间的水平距离l为80mm～120mm；进一步地，精加工刀具5刀尖与激光位移传感器12下端之间的竖直距离h为30～50mm；进一步地，精加工刀具5包括扩孔钻、铰刀、锪窝钻；进一步地，工业相机15为cmos相机或ccd相机。
57.进一步地，远心镜头13为双远心镜头。
58.所述用于孔在线检测与孔精加工的装置，其加工方法包含以下步骤：
步骤一：放置标定件将所述装置安装于机床主轴1。标定件16制出标定孔161，将标定件16置于机床工作台上。以标定孔161上表面为z0平面，以孔心为坐标原点，以竖直向上为z轴正方向，使x轴平行于机床坐标系的x轴，建立标定坐标系o-xayaza。
59.步骤二：清除装置角（ⅰ）、依次使机床主轴1运动至标定坐标系o-xayaza下（-l，0，z
a1
）、（-l+5，0，z
a1
）两个位置，并在这两个位置拍摄标定孔161。将两幅照片中的孔合并在一幅照片17中，经过图像处理计算孔在照片17中的w-h像素坐标分别为（w0，h0）、（w1，h1），其中w坐标表示孔心在照片w边上的像素坐标值，h坐标表示孔心在照片h边上的像素坐标值。照片w边与机床坐标系x轴之间的夹角为，此时角为：（ⅱ）、令（ⅲ）、将输入至标定坐标系o-xayaza的z轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系z轴旋转角度，用以抵消装置角，重复（ⅰ）过程。
60.（ⅳ）、分别按以下2种情况处理：当绝对值小于的允许值，跳转至（
ⅴ
）；当绝对值大于等于的允许值，令，重复（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到当绝对值小于的允许值；（
ⅴ
）、记录此时的值。
61.步骤三：清除装置角和角（ⅰ）、分别在标定坐标系o-xayaza下（-l，0，z
a2
）、（-l，0，h1+z
a2
）位置对标定孔161进行拍照并通过图像处理计算孔心w-h像素坐标。沿机床坐标系x+方向看去，孔心的h像素坐标分别为h2、h3，装置与机床坐标系y轴之间的夹角为，此时角为：沿机床坐标系y+方向看去，孔心的w像素坐标分别为w2、w3，装置与机床坐标系x轴之间的夹角为，此时角为：（ⅱ）令；
（ⅲ）、将输入至标定坐标系o-xayaza的x轴旋转补偿值，将输入至标定坐标系o-xayaza的y轴旋转补偿值，使o-xayaza绕机床坐标系x轴旋转角度，以及绕机床坐标系y轴旋转角度，用以抵消装置的角和角。重复（ⅰ）过程；（ⅳ）、分别按以下4种情况处理：当的绝对值分别小于的允许值，跳转至（
ⅴ
）；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令，重复（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到的绝对值分别小于的允许值；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令，重复（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到的绝对值分别小于的允许值；（
ⅴ
）、记录此时的值。
62.步骤四：标定孔与照片中心重合（ⅰ）、将机床主轴1定位至标定坐标系o-xayaza下（-l，0，z
a3
）位置后拍摄照片19，孔心与照片w边中点的距离为，孔心与照片h边中点的距离为，通过图像处理计算孔心与照片19中心的距离。
63.（ⅱ）令；（ⅲ）、将输入至标定坐标系的x轴偏移补偿值，将输入至标定坐标系的y轴偏移补偿值，使o-xayaza沿着机床坐标系x轴移动，以及沿着机床坐标系y轴移动，用以清除照片中的偏移距离。重复（ⅰ）过程；（ⅳ）、分别按以下4种情况处理：当绝对值分别小于的允许值，跳转至（
ⅴ
）；
当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值小于的允许值，令。重复步骤（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到绝对值分别小于的允许值；当绝对值小于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到绝对值分别小于的允许值；当绝对值大于等于的允许值，同时绝对值大于等于的允许值，令。重复步骤（ⅲ）、（ⅳ）过程，直到绝对值分别小于的允许值；（
ⅴ
）、记录此时的值。
64.此时可以近似认为孔心的w、h坐标已经位于照片中心位置，即：在这种状态下，所述装置能够测量的标定孔161最大制孔偏差达到最大值：大值：其中，r代表孔半径，只要制孔偏差位于范围之内，所述装置均能拍摄出完整的孔照片。
65.步骤五：激光位移传感器组标定（ⅰ）、假设待测蒙皮零件21外形公差为
±
t。保持机床主轴1在标定坐标系o-xayaza下x=-l、y=0不变，依次在z1=1.5t、z2=0.75t、z3=0、z4=-0.75t、z5=-1.5t位置对激光位移传感器11进行标定，测得激光位移传感器11与标定件16之间的距离分别为l1、l2、l3、l4、l5。
66.对5个实数对（l1，z1）、（l2，z2）、（l3，z3）、（l4，z4）、（l5，z5）进行线性拟合，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器11测得距离l11之间的线性关系式：
（ⅱ）、类似地，针对激光位移传感器10重复（ⅰ）过程，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器10测得距离l10之间的线性关系式：（ⅲ）、类似地，针对激光位移传感器12重复（ⅰ）过程，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器12测得距离l12之间的线性关系式：步骤六：测量待测初孔211待测蒙皮21采用人工制孔方式制出了待测初孔211，待测蒙皮零件21固定于工装20，建立测量坐标系o-x
syszs
。移动机床主轴1使远心镜头13位于待测初孔211上方。
67.（ⅰ）以镜头底面中心点为坐标原点，镜头轴线为z轴，x+方向平行于机床坐标系x+方向，建立相机坐标o-xcyczc。以工装20的边角点作为坐标原点，水平向右为x+方向，竖直向上为z+方向，建立测量坐标系o-xsyszs。将步骤二中过程（
ⅴ
）的输入至o-xsyszs的z轴旋转补偿值，将步骤三中过程（
ⅴ
）的分别输入至o-xsyszs的x轴旋转补偿值、y轴旋转补偿值，将步骤四中过程（
ⅴ
）的分别输入至o-xsyszs的x轴偏移补偿值、y轴偏移补偿值。
68.（ⅱ）、所述三个激光位移传感器向待测蒙皮零件21表面发射激光形成光斑，分别为第一光斑101、第二光斑111、第三光斑121。以短曝光时间拍摄一张仅显示所述三个光斑的照片22，经图像处理后计算光斑在相机坐标系o-xcyczc下的x、y坐标分别为：根据步骤五中线性关系式和所述激光位移传感器10、11、12测得的实际距离，计算所述三个光斑（亦即待测蒙皮零件21表面）在相机坐标系o-xcyczc下的z坐标：(zc101、zc111、zc121)所述光斑101、111、121在相机坐标系o-xcyczc下的完整坐标分别为：使用上述三点拟合平面并得到在相机坐标系o-xcyczc下的平面方程：（ⅲ）、以长曝光时间拍摄一张显示待测初孔211的照片18，经过图像处理计算得到在相机坐标系o-xcyczc下的孔心坐标，将其代入平面方程计算待测初孔211在相机坐标系o-xcyczc下的孔心z坐标：
那么，待测初孔211的孔心在相机坐标系o-xcyczc下的完整坐标为：（ⅳ）、通过空间坐标变换将所述光斑101、111、121在相机坐标系o-xcyczc下的坐标值转换为测量坐标系o-xsyszs下的坐标值：使用上述三点拟合平面并得到在测量坐标系o-xsyszs下的平面方程：此平面的法向量为：平面法向量即是待测初孔211的法向量。
69.（
ⅴ
）、通过空间坐标变换将待测初孔211孔心在相机坐标系o-xcyczc下的坐标值转换为测量坐标系o-xsyszs下的坐标值：经过步骤一～步骤六所述的标定、测量、计算等处理手段，得到了精加工需要的孔位坐标值，包括孔心坐标p和孔的法向量：步骤七：待测初孔211精加工利用待测初孔211的孔心坐标p和孔的法向量，使精加工刀具5对准待测初孔211即可完成孔精加工。
70.为了更好地实现本发明，进一步地，角的允许值；为了更好地实现本发明，进一步地，角的允许值；为了更好地实现本发明，进一步地，角的允许值；为了更好地实现本发明，进一步地，的允许值；为了更好地实现本发明，进一步地，的允许值。
71.本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
72.实施例4：本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22所示，图20、图21、图22内容中展示的加工流程图按照图20、图21、图22提出的步骤依次进行；本实施例提出一种用于孔在线检测与孔精加工的装置及其加工方法。
73.工作原理：参照图1、图2、图3，一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，包括铰刀5、补光灯6、第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12、双远心镜头13、支架14、cmos相机15，以及用于固联各组件的第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4、第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9。
74.参照图4，支架14的一端制有三个相同的φ7通孔，分别为第一通孔142、第二通孔143、第三通孔144；参照图5，在机床主轴1的端面上制有三个m6
×
0.75细牙螺纹孔，分别为第一螺纹孔1-1、第二螺纹孔1-2、第三螺纹孔1-3；参照图1、图2，相应地，第一联接螺钉2、第二联接螺钉3、第三联接螺钉4的螺纹规格均为m6
×
0.75细牙螺纹。参照图3，支架14的一端紧靠机床主轴1的端面，第一联接螺钉2穿过第一通孔142后拧入第一螺纹孔1-1，第二联接螺钉3穿过第二通孔143后拧入第二螺纹孔1-2，第三联接螺钉4穿过第三通孔144后拧入第三螺纹孔1-3。采用上述方法实现支架14与机床主轴1之间的可靠联接。
75.参照图4，支架14的另一端为第一套筒结构141；参照图8，双远心镜头13的上端为第一圆柱结构131，下端为第二圆柱结构132；第一套筒结构141的内径比第一圆柱结构131的外径大0.5mm。参照图1、图2，在第一圆柱结构131外表面涂抹α-氰基丙烯酸酯胶粘剂，然后将第一圆柱结构131插入第一套筒结构141，静置一段时间确保胶粘剂完全凝固。采用上述方法实现支架14与双远心镜头13之间的可靠联接。如果需要拆解装置，只需在第一圆柱结构131和第一套筒结构141的连接部位涂抹少量丙酮，待丙酮渗入套合区即可溶解粘接剂，从而使支架14与双远心镜头13分离。
76.参照图6、图7，补光灯6的上端为第二套筒结构62，下端为圆锥形结构61。第二套筒结构62的侧面均匀分布三个m4
×
0.5细牙螺纹孔，分别为第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633；圆锥形结构61侧面均匀分布三个相同的通孔，分别为第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613。参照图1，相应地，第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9的螺纹规格均为m4
×
0.5细牙螺纹。参照图1、图2、图3、图8，第二套筒结构62的内径比第二圆柱结构132的外径大0.5mm，将第二套筒结构62套入第二圆柱结构132，然后将第一锁紧螺钉7、第二锁紧螺钉8、第三锁紧螺钉9分别拧入第四螺纹孔621、第五螺纹孔622、第六螺纹孔633，直到螺钉端部抵紧第二圆柱结构132的外表面。采用上述方法实现补光灯6与双远心镜头13之间的可靠联接。
77.参照图1、图2、图3，一种用于孔在线检测与孔精加工的装置还包括三个相同的激光位移传感器，分别为第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12，第四通孔611的内径比第一激光位移传感器10的外径大0.4mm。在所述三个激光位移传感器的外圆柱面涂抹α-氰基丙烯酸酯胶粘剂，然后分别将第一激光位移传感器10、第二激光位移传感器11、第三激光位移传感器12插入第四通孔611、第五通孔612、第六通孔613，静置一段时间确保粘接剂完全凝固。采用上述方法实现所述三个激光位移传感器与补光灯
6之间的可靠联接。如果需要拆解装置，只需在补光灯6和所述激光位移传感器的连接部位涂抹少量丙酮，待丙酮渗入套合区即可溶解粘接剂，从而使补光灯6与所述激光位移传感器分离。
78.参照图7，补光灯6中圆锥形结构61的内侧面为锥度角120
°
的发光面614，发光面614向待测蒙皮零件21发射光束615，从而屏蔽各种环境光造成的不良影响，其中发光面614的锥度设计保证了补光灯6覆盖的区域内均能接收到光束615。
79.参照图2、图9，铰刀5安装在机床主轴1下端。机床主轴1的轴线与双远心镜头13的轴线之间距离为l=100mm，铰刀5刀尖与激光位移传感器12下端之间的距离h=30mm。采用上述设计确保在铰孔过程中，补光灯6和所述激光位移传感器组不会与待测蒙皮零件21发生碰撞。
80.参照图2，cmos相机15与双远心镜头13之间采用标准的c型接口相互连接。
81.参照图10、图11、图15，所述装置拍摄的照片像素分辨率为4000
×
3000 pixel，即是每幅照片在w边上有4000个像素点，在h边上有3000个像素点。
82.所述装置的像素当量λ=0.005 mm/pixel，即所述装置拍摄的照片中每个像素对应的物理长度为0.005mm。
83.所述用于孔在线检测与孔精加工的装置，其使用方法包含以下步骤：步骤一：放置标定件将所述装置安装于机床主轴1。参照图9，标定件16制出孔径6mm的标定孔161，将标定件16置于机床工作台上。以标定孔161上表面为z0平面，以孔心为坐标原点，以竖直向上为z轴正方向，使x轴平行于机床坐标系的x轴，建立标定坐标系o-xayaza。
84.步骤二：清除装置角（ⅰ）、参照图10，依次使机床主轴1运动至标定坐标系o-xayaza下（-100mm，0，5mm）、（-95mm，0，5mm）两个位置，并在这两个位置拍摄标定孔161。将两幅照片中的孔合并在一幅照片17中，经过图像处理计算孔在照片17中的w-h像素坐标分别为（w0=2000 pixel，h0=1500 pixel）、（w1=1140 pixel，h1=1570 pixel），其中w坐标表示孔心在照片w边上的像素坐标值，h坐标表示孔心在照片h边上的像素坐标值。照片w边与机床坐标系x轴之间的夹角为，此时角为：（ⅱ）、令；（ⅲ）、将输入标定坐标系o-xayaza的z轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系z轴旋转4.65
°
角度，用以抵消装置角。重复（ⅰ）过程，测得此时角为：（ⅳ）、令，重复（ⅲ），测得此时角为：
（
ⅴ
）、记录此时的。此时可以近似认为已清除装置角。参照图11，此后在所述装置拍摄的照片18中，w边平行于机床坐标系x轴，h边平行于机床坐标系y轴。所述装置只有在这种状态下才能完成步骤三清除装置角和角的任务。
85.步骤三：清除装置角和角（ⅰ）、保持标定件16位置不变，分别在标定坐标系o-xayaza下（-100mm，0，10mm）、（-100mm，0，15mm）位置对标定孔161进行拍照并通过图像处理计算孔心w-h像素坐标。参照图11、图12，沿机床坐标系x+方向看去，孔心的h像素坐标分别为h2=1700 pixel、h3=1735 pixel，装置与机床坐标系y轴之间的夹角为，此时角为：参照图11、图13，沿机床坐标系y+方向看去，孔心的w像素坐标分别为w2=1756 pixel、w3=1712 pixel，装置与机床坐标系x轴之间的夹角为，此时角为：（ⅱ）令；（ⅲ）、将输入至标定坐标系的x轴旋转补偿值，将输入至标定坐标系的y轴旋转补偿值，使标定坐标系绕机床坐标系x轴旋转角度，以及绕机床坐标系y轴旋转角度，用以抵消装置的角和角。重复（ⅰ）过程，测得此时角和角分别为：（ⅳ）、令，重复（ⅲ）过程，测得此时的角和角：此时可以近似认为装置的角和角均已被清除。参照图14，此后所述装置在
不同高度拍摄照片，孔心w-h坐标将保持不变，即：（
ⅴ
）、记录此时的值。
86.步骤三从源头上消除了不同高度造成的孔心w-h坐标在照片中的漂移现象，使孔位坐标测量值更加稳定、准确。由于省略了高度与孔心w-h坐标的标定步骤，因此也节省了标定时间。
87.步骤四：标定孔与照片中心重合（ⅰ）、参照图15，将机床主轴1定位至标定坐标系o-xayaza下（-100mm，0，5mm）位置后拍摄照片19，孔心与照片w边中点的距离为，孔心与照片h边中点的距离为，通过图像处理计算孔心与照片19中心的距离：以标定孔161孔为例，当前所述装置能够测量的最大制孔偏差为：只有制孔偏差位于范围之内，所述装置才能拍摄完整的孔照片。
88.（ⅱ）令；（ⅲ）、将输入至标定坐标系的x轴偏移补偿值，将输入至标定坐标系的y轴偏移补偿值，使标定坐标系沿着机床坐标系x轴移动，以及沿着机床坐标系y轴移动。然后再次将机床主轴1定位至标定坐标系o-xayaza下（-100mm，0，5mm）位置后拍摄照片19，通过图像处理计算孔心与照片19中心的距离：以标定孔161孔为例，当前所述装置能够测量的最大制孔偏差为：只有制孔偏差位于范围之内，所述装置才能拍摄完整的孔照片。
89.（ⅳ）、令：
。重复（ⅲ）过程，计算孔心与照片19中心的距离：至此可以近似认为标定孔161已经位于照片中心位置，即：在这种状态下，所述装置能够测量的标定孔161最大制孔偏差达到最大值：只要制孔偏差位于范围之内，所述装置均能拍摄出完整的孔照片。
90.（
ⅴ
）、记录此时的值。
91.步骤五：激光位移传感器标定（ⅰ）、在本实施例中，待测蒙皮零件21外形公差为
±
1mm。参照图16，保持机床主轴1在标定坐标系o-xayaza下x=-100mm、y=0mm不变，依次在z1=1.5mm、z2=0.75mm、z3=0、z4=-0.75mm、z5=-1.5mm位置对激光位移传感器进行标定，以激光位移传感器11为例叙述标定过程：当z1=1.5mm时，激光位移传感器11测得与标定件16距离：；当z2=0.75mm时，激光位移传感器11测得与标定件16距离：；当z3=0时，激光位移传感器11测得与标定件16距离：；当z4=-0.75mm时，激光位移传感器11测得与标定件16距离；当z5=-1.5mm时，激光位移传感器11测得与标定件16距离。
92.使用5个实数对（206.12，1.5）、（204.42，0.75）、（203.08，0）、（201.60，-0.75）、（200.08，
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1.5）进行线性拟合，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器11测得距离l
11
之间的线性关系式：（ⅱ）、类似地，针对激光位移传感器10重复（ⅰ）过程，得到待测蒙皮零件21表面z坐
标与激光位移传感器10测得距离l
10
之间的线性关系式：（ⅲ）、类似地，针对激光位移传感器12重复（ⅰ）过程，得到待测蒙皮零件21表面z坐标与激光位移传感器12测得距离l
12
之间的线性关系式：由于激光位移传感器是成熟的工业产品，具有很高的测距精度，本实施例采用激光位移传感器测量距离l值进而计算待测蒙皮零件21表面z坐标的方法，能够获得准确的待测蒙皮零件21表面z坐标。
93.步骤六：测量待测初孔211参照图17，待测蒙皮零件21采用人工制孔方式制出了待测初孔211，待测蒙皮零件21固定于工装20。如图所示建立测量坐标系o-xsyszs，移动机床主轴1使双远心镜头13位于待测初孔211上方。
94.（ⅰ）参照图8，以镜头底面中心点为坐标原点，镜头轴线为z轴，x+方向平行于机床坐标系x+方向，建立相机坐标o-xcyczc。参照图17，以工装20的边角点作为坐标原点，竖直向上为z+方向，使x+方向平行于机床坐标系x+方向，建立测量坐标系o-xsyszs。将步骤二中过程（
ⅴ
）的输入至o-xsyszs的z轴旋转补偿值，将步骤三中过程（
ⅴ
）的、分别输入至o-xsyszs的x轴旋转补偿值、y轴旋转补偿值，将步骤四中过程（
ⅴ
）的分别输入至o-xsyszs的x轴偏移补偿值、y轴偏移补偿值。
95.（ⅱ）、所述三个激光位移传感器向待测蒙皮零件21表面发射激光形成光斑，分别为第一光斑101、第二光斑111、第三光斑121。参照图8、图17、图18，以短曝光时间拍摄一张仅显示所述三个光斑的照片22，经图像处理后计算光斑在相机坐标系o-xcyczc下的x、y坐标分别为：根据步骤五中线性关系式和所述激光位移传感器10、11、12测得的实际距离，计算所述三个光斑（亦即待测蒙皮零件21表面）在相机坐标系o-xcyczc下的z坐标：zc101、zc111、zc121所述光斑101、111、121在相机坐标系o-xcyczc下的完整坐标分别为：使用上述三点拟合平面并得到在相机坐标系o-xcyczc下的平面方程：（ⅲ）、参照图8、图11，以长曝光时间拍摄一张显示待测初孔211的照片18，经过图像处理计算得到在相机坐标系o-xcyczc下的孔心坐标，将其代
入平面方程计算待测初孔211在相机坐标系o-xcyczc下的孔心z坐标：那么，待测初孔211的孔心在相机坐标系o-xcyczc下的完整坐标为：（ⅳ）、通过空间坐标变换将所述光斑101、111、121在相机坐标系o-xcyczc下的坐标值转换为测量坐标系o-xsyszs下的坐标值：使用上述三点拟合平面并得到在测量坐标系o-xsyszs下的平面方程：此平面的法向量为：平面法向量即是待测初孔211的法向量。
96.（
ⅴ
）、通过空间坐标变换将待测初孔211孔心在相机坐标系o-xcyczc下的坐标值转换为测量坐标系o-xsyszs下的坐标值：经过步骤一 ～ 步骤六所述的标定、测量、计算等处理手段，得到了铰孔需要的孔位坐标值，包括孔心坐标p和孔的法向量：步骤七：待测初孔211精加工参照图19，利用待测初孔211的孔心坐标p和孔的法向量，使铰刀5对准待测初孔211即可完成铰孔精加工。
97.本实施例中的铰刀5也可以是扩孔钻、锪窝钻等精加工刀具。
98.本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
99.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，用于对待测蒙皮零件（21）的待测初孔（211）进行检测和加工得到比待测初孔（211）精度更高的初孔，其特征在于，包括加工刀具（5）、检测装置；所述加工刀具（5）安装在机床主轴（1）上；所述检测装置包括图像采集器、激光位移传感器组；所述图像采集器安装在所述机床主轴（1）上且图像采集方向与所述加工刀具（5）刀尖的加工方向平行；所述激光位移传感器组设置在图像采集器进行图像采集的一端。2.如权利要求1所述的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其特征在于，所述激光位移传感器组为在360度内均匀间隔设置的第一位移传感器（10）、第二位移传感器（11）、第三位移传感器（12）；所述第一位移传感器（10）、第二位移传感器（11）、第三位移传感器（12）的激光发射方向与机床工作台平面的夹角为60度。3.如权利要求1所述的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其特征在于，所述图像采集器包括远心镜头（13）、工业相机（15）；所述远心镜头（13）安装在图像采集端；所述激光位移传感器组设置在远心镜头（13）进行图像采集的一端。4.如权利要求1所述的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其特征在于，所述图像采集器与所述机床主轴（1）之间设置有支架（14）；所述支架（14）一端与机床主轴（1）固定连接，另一端与图像采集器连接。5.如权利要求4所述的一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其特征在于，所述支架（14）与机床主轴（1）连接的一端设置有通孔、螺钉；所述螺钉穿过所述通孔与所述机床主轴（1）固定连接。6.如权利要求1或2或3或4或5所述一种用于孔在线检测与孔精加工的装置，其特征在于，还包括补光灯（6）；所述补光灯（6）为环绕设置在图像采集器进行图像采集的一端外侧的圆片型翼板结构，且所述圆片型翼板结构内侧与图像采集器的图像采集方向呈60
°
夹角；所述激光位移传感器组贯穿设置在补光灯（6）上。7.一种孔在线检测与孔精加工的方法，基于权利要求1-6任一项所述的用于孔在线检测与孔精加工的装置，使用所述用于孔在线检测与孔精加工的装置和工装（20）对待测蒙皮零件（21）上的待测初孔（211）进行加工，在加工过程中对待测初孔（211）的精度进行检测，并在待测初孔（211）的位置上覆盖加工精度更高的初孔；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在放置在机床工作台上的标定件（16）上制出标定孔（161），并基于机床工作台的机床坐标系，以标定孔（161）为坐标原点建立标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
；步骤2：设定参考位置，对标定孔（161）进行图像采集，基于图像采集数据和标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
进行坐标计算，通过线性拟合得到待测蒙皮零件（21）表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式；步骤3：基于步骤2中线性拟合得到待测蒙皮零件（21）表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式，计算得到需要的待测初孔（211）的位置；将待测蒙皮零件（21）用人工制孔的方式制出待测初孔（211），将待测蒙皮零件（21）固定于工装（20）上，以工装（20）
为基准建立测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
，测量待测初孔（211）在测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
下的孔心坐标，并计算出待测初孔（211）在测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
下的平面法向量；步骤4：根据步骤3测量得到的待测初孔（211）在测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
下的孔心坐标和平面法向量，使用精加工刀具（5）对准待测蒙皮零件（21），在待测蒙皮零件（21）上加工一个覆盖对应的待测初孔（211）的新孔作为后续加工使用的初孔，以加工的新孔作为待测初孔（211），完成待测初孔（211）的精加工。8.如权利要求7所述的一种孔在线检测与孔精加工的方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：在放置在机床工作台上的标定件（16）上制出标定孔（161），并基于机床工作台的机床坐标系，以标定孔（161）孔心为坐标原点，以标定孔（161）上表面为z0平面，以竖直向上为z轴正方向，以平行于机床坐标系的x轴的轴为标定坐标系的x轴，建立标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
。9.如权利要求7所述的一种孔在线检测与孔精加工的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：在建立的标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
中设置两个指定拍照位置p1、p2，将机床主轴（1）移动至p1、p2两个位置对标定孔（161）进行拍照，将在p1、p2两个位置拍摄到的照片中的孔合并在一张照片中，消除合并后的照片的照片边与机床坐标系的坐标轴之间的偏转角；步骤2.2：在建立的标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
中设置两个指定拍照位置p3、p4，将机床主轴（1）移动至p3、p4两个位置对标定孔（161）进行拍照，计算出在p3、p4位置拍摄到的照片的孔心坐标，根据拍摄照片的孔心坐标，消除所述用于孔在线检测与孔精加工的装置与机床坐标系之间的偏转角；步骤2.3：在建立的标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
中设置指定拍照位置p5，将机床主轴（1）移动至p5位置对标定孔（161）进行拍照，消除标定孔（161）孔心与在p5位置拍摄到的照片的照片边中点的偏移距离；步骤2.4：在建立的标定坐标系o-x
a
y
a
z
a
中设置5个x、y坐标相同、z坐标不同的拍照位置p6、p7、p8、p9、p
10
，将机床主轴（1）移动至p6、p7、p8、p9、p
10
位置对所述激光位移传感器组进行标定，通过线性拟合得到待测蒙皮零件（21）表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式。10.如权利要求7或8或9所述的一种孔在线检测与孔精加工的方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：将待测蒙皮零件（21）用人工制孔的方式制出待测初孔（211），将待测蒙皮零件（21）固定于工装（20）上，以工装（20）的边角点作为坐标原点，水平向右为x+方向，竖直向上为z+方向，建立测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
，测量待测初孔（211）在测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
下的孔心坐标，并计算出待测初孔（211）在测量坐标系o-x
s
y
s
z
s
下的平面法向量。

技术总结
本发明提出了一种用于孔在线检测与孔精加工的装置及其加工方法，所述装置安装在机床主轴上，其装置结构包括精加工刀具、激光位移传感器组、图像采集器。通过放置标定件建立标定坐标系，通过图像采集器对标定孔进行标定，清除了装置与机床坐标系之间的偏转角和偏移量，得到待测蒙皮零件表面坐标与激光位移传感器组测得距离之间的线性关系式；在初孔测量时通过拍摄照片和图像处理计算，可以获取待测蒙皮零件待测初孔的孔心坐标与待测初孔的法向量，实现待测初孔的在线检测，精加工刀具根据测量结果立即完成对待测初孔的精加工，提高了制孔效率和制孔精度。制孔效率和制孔精度。制孔效率和制孔精度。


技术研发人员：李博 朱志坤 姜振喜 黄明聪 李卫东 沈昕 张桂 游莉萍
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2022.03.10
技术公布日：2022/4/15