孔内尺寸测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及零件尺寸测量技术领域，尤其是涉及一种孔内尺寸测量装置。


背景技术：

2.很多领域需要获得工件上的孔的孔内直径、孔的深度、孔的直线度或者锥形孔的孔内角度等参数，常用的孔内尺寸测量装置通常是采用接触式探针对孔进行扫描测量，以获得能够得到上述参数所需的数据，在扫描测量过程中，接触式探针的针头需要与孔的内壁接触，这就会导致针头磨损，从而导致测量精度差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种孔内尺寸测量装置，以在一定程度上解决现有技术中存在的孔内尺寸测量装置测量精度差的技术问题。
4.本实用新型提供一种孔内尺寸测量装置，包括：机架、置物台、第一激光扫描仪、视觉组件、第一移动机构、孔内激光扫描仪、旋转机构；所述置物台设置在所述机架上，所述第一激光扫描仪、所述视觉组件和所述旋转机构均通过所述第一移动机构设置在所述机架的上部；所述旋转机构与所述孔内激光扫描仪驱动连接，以驱动所述孔内激光扫描仪旋转；所述第一激光扫描仪、所述视觉组件和所述孔内激光扫描仪均位于所述置物台上方。
5.在使用本实用新型提供的孔内尺寸测量装置对工件上的孔进行扫描、测量时，将工件固定在置物台上，第一移动机构可以带动视觉组件到达工件的所在位置，视觉组件可以获得孔的位置信息，例如：坐标；然后，第一移动机构可以带动第一激光扫描仪运动，从而使第一激光扫描仪可以在工件的上表面进行采点测量；然后，第一移动机构带动旋转机构及孔内扫描仪运动至工件的孔处，第一移动机构可以带动旋转机构及孔内激光扫描仪直线运动，从而可以实现孔内激光扫描仪在工件的孔内，沿孔的轴向上下移动，进而实现孔内激光扫描仪在孔的轴向上的采点测量；旋转机构可以带动孔内激光扫描仪旋转，从而可以实现孔内激光扫描仪在孔内的某一高度，在孔的圆周方向上进行扫描，从而实现在孔的圆周方向上多点采点测量。
6.本实用新型提供的孔内尺寸测量装置通过第一激光扫描仪和孔内激光扫描仪可以实现对孔相关尺寸的非接触式扫描、测量，以第一激光扫描仪对工件的上表面进行采点测量获得基准面数据，以孔内激光扫描仪对孔内的内壁进行采点，以获得能够得到孔的相关参数所需的数据，避免了探头与孔的内壁接触磨损而影响测量精度，本实用新型提供的孔内尺寸测量装置通过第一移动机构和旋转机构可以实现多点测量，测量精度高，测量速度快，有利于满足现场制程监控需要。
7.进一步地，所述孔内尺寸测量装置还包括：第二激光扫描仪和第二移动机构；所述第二激光扫描仪通过所述第二移动机构设于所述机架上，在所述机架的高度方向上，所述第二激光扫描仪低于所述置物台。
8.进一步地，所述第一移动机构包括：第一滑轨、第一支座和第一驱动件，所述第一
支座可横向滑动地设于所述第一滑轨上，所述第一驱动件与所述第一支座驱动连接；所述视觉组件设在所述第一支座上，所述第一激光扫描仪通过第一竖向移动机构可竖向滑动地设于所述第一支座上，所述旋转机构通过孔内竖向移动机构可竖向滑动地设于所述第一支座上。
9.进一步地，所述第一竖向移动机构包括：第一电机、第一滑板和第一固定架；所述第一电机和所述第一滑板均固定在所述第一支座上，所述第一固定架可竖向滑动地与所述第一滑板连接，所述第一电机的输出轴与所述第一固定架驱动连接；所述第一激光扫描仪固定于所述第一固定架上。
10.进一步地，所述孔内竖向移动机构包括：第二电机、第二滑板和第二固定架；所述第二电机和所述第二滑板均固定在所述第一支座上，所述第二固定架可竖向滑动地与所述第二滑板连接，所述第二电机的输出轴与所述第二固定架驱动连接；所述旋转机构包括：驱动电机；所述驱动电机和所述孔内激光扫描仪设于所述第二固定架上，所述驱动电机与所述孔内激光扫描仪驱动连接。
11.进一步地，所述孔内尺寸测量装置还包括：置物台移动机构；所述置物台通过所述置物台移动机构设置在所述机架上。
12.进一步地，所述置物台移动机构包括：置物台滑轨、置物台滑座和置物台驱动件；所述置物台滑座可纵向滑动地设于所述置物台滑轨上，所述置物台固定于所述置物台滑座的靠近所述第二激光扫描仪的一侧，所述置物台驱动件与所述置物台滑座驱动连接。
13.进一步地，所述第二移动机构包括：第二支座、第二滑座和第二驱动件；所述第二滑座设于所述机架上，所述第二支座可横向滑动地设于所述第二滑座上，所述第二驱动件与所述第二支座驱动连接，所述第二激光扫描仪设于所述第二支座上。
14.进一步地，所述视觉组件包括：视觉相机和光源；所述视觉相机和所述光源均设置在所述第一支座上，且所述光源位于所述视觉相机的下方。
15.应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例的孔内尺寸测量装置的第一视角的结构示意图；
18.图2为图1所示的孔内尺寸测量装置的第二视角的结构示意图；
19.图3为图1所示的孔内尺寸测量装置中第一支座、第一竖向移动机构、孔内竖向移动机构和视觉组件的结构示意图；
20.图4为图1所示的孔内尺寸测量装置中第一激光扫描仪的工作过程示意图；
21.图5为工件的局部剖面结构图。
22.图标：10
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机架；20
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置物台；30
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第一激光扫描仪；40
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第二激光扫描仪；50
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孔内激
光扫描仪；60
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第一竖向移动机构；70
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孔内竖向移动机构；80
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旋转机构；90
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视觉组件；100
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第一滑轨；110
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第一支座；120
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第二支座；130
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置物台滑轨；140
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置物台滑座；150
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第二滑座；11
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水平支架；12
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竖直支架； 61
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第一电机； 62
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第一滑板；63
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第一固定架；71
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第二电机；72
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第二滑板；73
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第二固定架； 91
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视觉相机；92
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光源；01
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工件；02
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孔。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.通常在此处附图中描述和显示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。
25.基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术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，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是直接相连，也可以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实用新型中的具体含义。
28.如图1至图5所示，本实用新型提供一种孔内尺寸测量装置，包括：机架10、置物台20、第一激光扫描仪30、视觉组件90、第一移动机构、孔内激光扫描仪50、旋转机构80；置物台20设置在机架10上，第一激光扫描仪30、视觉组件90和旋转机构80均通过第一移动机构设置在机架10的上部；旋转机构80与孔内激光扫描仪50驱动连接，以驱动孔内激光扫描仪50旋转；第一激光扫描仪30、视觉组件90和孔内激光扫描仪50均位于置物台20上方。
29.在使用本实施例提供的孔内尺寸测量装置对工件01上的孔02进行扫描、测量时，将工件01固定在置物台20上，第一移动机构可以带动视觉组件90到达工件01的所在位置，视觉组件90可以获得孔02的位置信息，例如：坐标；然后，第一移动机构可以带动第一激光扫描仪30运动，从而使第一激光扫描仪30可以在工件01的上表面进行采点测量；然后，第一移动机构带动旋转机构80及孔内激光扫描仪运动至工件01的孔02处，第一移动机构可以带动旋转机构80及孔内激光扫描仪50直线运动，从而可以实现孔内激光扫描仪50在工件01的孔02内，沿孔02的轴向上下移动，进而实现孔内激光扫描仪50在孔02的轴向上的采点测量；旋转机构80可以带动孔内激光扫描仪50旋转，从而可以实现孔内激光扫描仪50在孔02内的某一高度，在孔02的圆周方向上进行扫描，从而实现在孔02的圆周方向上多点采点测量。
30.本实施例提供的孔内尺寸测量装置通过第一激光扫描仪30和孔内激光扫描仪50可以实现对孔02相关尺寸的非接触式扫描、测量，以第一激光扫描仪30对工件的上表面进行采点测量获得基准面数据，以孔内激光扫描仪50对孔内的内壁进行采点，以获得能够得
到孔02的相关参数所需的数据，避免了探头与孔02的内壁接触磨损而影响测量精度，本实施例提供的孔内尺寸测量装置通过第一移动机构和旋转机构80可以实现多点测量，测量精度高，测量速度快，有利于满足现场制程监控需要。
31.作为一种可选方案，如图1至图3所示，孔内尺寸测量装置还包括：第二激光扫描仪40和第二移动机构；第二激光扫描仪40通过第二移动机构设于机架10上，在机架10的高度方向上，第二激光扫描仪40低于置物台20。
32.本实施例中，第一激光扫描仪30可以对工件01的上表面进行采点测量，从而可以获得可以在工件01的上表面建立上空间坐标系所需的数据，第二激光扫描仪40可以对工件01的下表面进行采点测量，从而获得可以在工件01的下表面建立下空间坐标系所需的数据，当孔02的下端内有倒角时，利用本实施例提供的孔内尺寸测量装置可以获得得到倒角的角度所需的数据；本实施例提供的孔内尺寸测量装置灵活性更高，实用性更强。
33.通过第一激光扫描仪30和孔内激光扫描仪50能够实现孔内直线度及深度输出，而对于厚度较厚即孔深较大的工件，通过设置第二激光扫描仪40可以对工件的下表面进行采点测量，获取工件的下表面的表面坐标，以下表面为基准输出孔内下部的尺寸，可进一步提高孔内下部分数据的准确性，进一步提高数据的精度，更有利于产品品控的监控。
34.需要说明的是，在将工件01固定在置物台20上后，工件01上的孔02位于置物台20外，也可以理解为，孔02悬空，使得第二激光扫描仪40从工件01的表面下方朝上对孔02内的底部倒角（内斜边）进行多点采点测量。
35.在上述实施例基础之上，第一移动机构可以包括横向移动机构和竖向移动机构，通过横向移动机构可以实现第一激光扫描仪30、视觉组件90的横向运动，通过竖向移动机构可以实现孔内激光扫描仪50竖向运动（也即在孔02的轴向上运动）。
36.作为一种可选方案，如图1至图3所示，第一移动机构包括：第一滑轨100、第一支座110和第一驱动件，第一支座110可横向滑动地设于第一滑轨100上，第一驱动件与第一支座110驱动连接；视觉组件90设在第一支座110上，第一激光扫描仪30通过第一竖向移动机构60可竖向滑动地设于第一支座110上，旋转机构80通过孔内竖向移动机构70可竖向滑动地设于第一支座110上。
37.本实施例中，第一驱动件驱动第一支座110沿横向在第一滑轨100上运动，从而带动视觉组件90、第一竖向移动机构60和孔内竖向移动机构70整体横向运动，进而带动第一激光扫描仪30和孔内激光扫描仪50整体横向运动，可以使得结构简单紧凑，易控制。第一竖向移动机构60可以驱动第一激光扫描仪30竖向（也即孔02的轴向）运动，从而可以调节第一激光扫描仪30相对置物台20的高度，进而使得第一激光扫描仪30可以使用不同高度的工件01，使得孔内尺寸测量装置的灵活性高，实用性强。孔内竖向移动机构70可以带动旋转机构80竖向运动，从而带动孔内激光扫描仪50竖向运动，进而可以使孔内激光扫描仪50改变在孔02内的深度，使得孔内激光扫描仪50的运动可以灵活控制。
38.其中，第一驱动件可以为气缸、液压缸、电动伸缩杆、电动丝杠机构或者电动齿轮齿条机构等；可选的，第一驱动件采用直线电机作为动力源，结构简单，易控制。
39.作为一种可选方案，如图2和图3所示，第一竖向移动机构60包括：第一电机61（直线电机）、第一滑板62和第一固定架63；第一电机61和第一滑板62均固定在第一支座110上，第一固定架63可竖向滑动地与第一滑板62连接，第一电机61的输出轴与第一固定架63驱动
连接；第一激光扫描仪30固定于第一固定架63上。
40.本实施例中，可以在第一滑板62上设置第一滑槽，第一固定架63滑设在第一滑槽内；第一电机61带动第一固定架63在第一滑板62的第一滑槽内滑动，从而带动第一激光扫描仪30上下运动，采用第一电机61作为动力源，结构简单，第一固定架63在第一滑槽内滑动，平稳，从而可以提高第一基准激光扫描仪的运动高平稳性。
41.作为一种可选方案，如图2和图3所示，孔内竖向移动机构70包括：第二电机71（直线电机）、第二滑板72和第二固定架73；第二电机71和第二滑板72均固定在第一支座110上，第二固定架73可竖向滑动地与第二滑板72连接，第二电机71的输出轴与第二固定架73驱动连接；旋转机构80包括：驱动电机；驱动电机和孔内激光扫描仪50设于第二固定架73上，驱动电机与孔内激光扫描仪50驱动连接。
42.本实施例中，可以在第二滑板72上设置第二滑槽，第二固定架73滑设在第二滑槽内；第二电机71带动第二固定架73在第二滑板72的第二滑槽内滑动，从而带动孔内激光扫描仪50上下运动，采用第二电机71作为动力源，结构简单，第二固定架73在第二滑槽内滑动，平稳，从而可以提高孔内激光扫描仪50的运动高平稳性。旋转机构80采用驱动电机，结构简单，占用空间少。
43.如图1和图2所示，在上述实施例基础之上，进一步地，孔内尺寸测量装置还包括：置物台移动机构；置物台20通过置物台移动机构设置在机架10上。
44.本实施例中，置物台移动机构可以带动置物台20运动，从而带动工件01运动，可以实现将置物台20带动到操作空间大的位置进行固定或者拆卸，方便固定或者拆卸工件01。
45.第一激光扫描仪30对工件01的上表面进行多点测量，较佳的是在孔02的边缘的周围采点，能够使得测量精度更高，实现第一激光扫描仪30对工件01的上表面进行多点采点测量的形式有多种，例如：第一移动机构可以包括第一横向移动机构和第一纵向移动机构（定义纵向为垂直于横向和竖向的方向），第一横向移动机构与第一纵向移动机构驱动连接，第一纵向移动机构与第一激光扫描仪30驱动连接，第一横向移动机构可以驱动第一纵向移动机构沿横向运动，同时，第一纵向移动机构带动第一激光扫描仪30沿横向运动，第一纵向移动机构还可以驱动第一激光扫描仪30在纵向上运动，第一横向移动机构与第一纵向移动机构可以实现第一激光扫描仪30在横向和纵向上运动，进而可以改变第一激光扫描仪30的采点位置，以对工件01的上表面进行多点采点测量，多点可以沿孔02的轴线等间距分布；或者置物台移动机构包括置物台横向移动机构和置物台纵向移动机构，通过置物台横向移动机构和置物台纵向移动机构改变工件01的位置，从而改变第一激光扫描仪30相对工件01的位置，具体过程可以由上述过程推理得到，不再赘述。
46.作为一种可选方案，第一移动机构与置物台移动机构相结合，从而改变第一激光扫描仪30的采点位置，有利于简化第一移动机构或者置物台移动机构的结构，有利于简化控制过程。
47.作为一种可选方案，第一移动机构包括：第一滑轨100、第一支座110和第一驱动件，第一支座110可横向滑动地设于第一滑轨100上，第一驱动件与第一支座110驱动连接，第一激光扫描仪30通过第一竖向移动机构60可竖向滑动地设于第一支座110上；置物台移动机构包括：置物台滑轨130、置物台滑座140和置物台驱动件；置物台滑座140可纵向滑动地设于置物台滑轨130上，置物台20固定于置物台滑座140的靠近第二激光扫描仪40的一
侧，置物台驱动件与置物台滑座140驱动连接。
48.本实施例中，可以通过第一驱动件实现第一激光扫描仪30在横向上运动；置物台驱动件驱动置物台滑座140在纵向上运动，从而带动置物台20在纵向上运动，进而带动工件01在纵向上运动；第一驱动件和置物台驱动件相结合，可以改变第一激光扫描仪30相对工件01的位置，从而实现多点采点测量，第一移动机构和置物台移动机构的结构均简单化。
49.作为一种可选方案，第二移动机构与置物台移动机构相结合，第二移动机构包括：第二支座120、第二滑座150和第二驱动件；第二滑座150设于机架10上，第二支座120可横向滑动地设于第二滑座150上，第二驱动件与第二支座120驱动连接，第二激光扫描仪40设于第二支座120上。通过第二移动机构带动第二激光扫描仪40左右横向移动，通过置物台移动机构带动工件01纵向移动，从而改变第二激光扫描仪40对工件01的采点位置，有利于简化第二移动机构或者置物台移动机构的结构，有利于简化控制过程。
50.其中，第二驱动件和置物台驱动件均可以为气缸、液压缸、电动伸缩杆、电动丝杠机构或者电动齿轮齿条机构等，可选的，第二驱动件和置物台驱动件均采用直线电机作为动力源，结构简单，易控制。
51.具体地，可以设置机架10包括水平支架11和固定在水平支架11上的竖直支架12，第一移动机构设置在竖直支架12上，第二移动机构和置物台移动机构设置在水平支架11上。
52.如图1和图3所示，在上述实施例基础之上，进一步地，视觉组件90包括：视觉相机91和光源92；视觉相机91和光源92均设置在第一支座110上，且光源92位于视觉相机91的下方。光源92是为视觉相机91提供光学成像的必要条件，有利于相机扫描精确，继而有利于进一步提高测量精度。
53.需要说明的是，可以设置第一激光扫描仪30、第二激光扫描仪40、孔内激光扫描仪50、第一移动机构、第二移动机构、置物台移动机构、第一竖向移动机构60、孔内竖向移动机构70和旋转机构80与控制器通信连接，通过控制器来控制上述元件工作，控制器接受第一激光扫描仪30、第二激光扫描仪40和孔内激光扫描仪50的传输的数据，控制器可以利用现有技术中的采用接触式探针对孔进行扫描测量的孔内尺寸测量装置的处理过程获得孔02的相应的参数结果。
54.下面以包括直身位和内斜边的孔02（直线孔02的端部设置倒角）为例来说明本实用新型实施例提供的孔内尺寸测量装置的具体应用：
55.1、首先将工件01固定在置物台20上（可以通过现有技术中的夹具对工件01进行固定），使孔02位于置物台20外；使第一激光扫描仪30的探头位于工件01的上表面的上方，以能够对工件01的上表面进行采点测量；使第二激光扫描仪40的探头位于工件01的下表面的下方，以能够对工件01的下表面进行采点测量；使孔内激光扫描仪50的探头位于工件01的上表面的上方，以能够实现孔内激光扫描仪50的探头伸入孔02内，控制器控制置物台驱动件驱动置物台滑座140运动，从而带动置物台20运动，进而带动工件01运动，直至工件01到达指定位置；
56.2、控制器控制第一驱动件带动第一支座110在第一滑轨100上运动，直至带动视觉组件90到达指定位置，视觉组件90以对孔02进行测量定位，控制器建立可以根据视觉组件90的数据在孔02的中心平面定位坐标系1；
57.3、控制器控制第一激光扫描仪30和第二激光扫描仪40工作，分别在工件01的上表面和下表面距离孔02的边沿的一定距离处，围绕孔02外围均匀各取多个点（例如：8个），如图4所示 ，控制器将两组点分别拟合成一个平面，从而得到工件01上表面基准面z1和下表面基准面z2；
58.3.1 控制器可以根据孔02中心x01y坐标系和工件01的上表面基准面z1得到上表面空间坐标系（如图5所示）；
59.3.2 控制器可以根据孔02中心x02y坐标系和工件01的下表面基准面z2得到下表面空间坐标系（如图5所示）；
60.4、控制器控制孔内竖向移动机构70和旋转机构80工作：
61.4.1 通过孔内竖向移动机构70带动孔内激光扫描仪50由孔02的上端到下端做整段扫描，可以测量多个点，从而控制器可以结合上表面基准面z1得到直身位的高度，结合下表面基准面z2得到斜边的夹角；
62.4.2 在上表面空间坐标系基准下，控制器控制孔内激光扫描仪50分别在直身位的不同深度的圆周方向上采点测量，从而控制器可以拟合相应深度的直径；在下表面空间坐标系基准下，控制器控制孔内激光扫描仪50分别在斜边段的不同深度的圆周方向上采点测量，从而控制器可以拟合相应深度的直径；
63.5、以上测量结束后，置物台驱动件驱动置物台20复位，将工件01取下，孔内尺寸测量装置等待对一下个工件01的孔02进行测量。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。