一種可攜式光學幹涉法球徑球度快速檢測儀的製作方法

2023-05-14 16:12:31

本發明涉及機械加工及測量行業。具體為一種能夠方便、快速、準確地對球形零件進行球徑和球度檢測的裝置。

背景技術：

高精度球形零件(包括球和球碗)的最終精度是靠球研機或手工精研實現的。目前這類零件的生產效率低，其中的一個重要原因是檢測效率低。要實現微米或亞微米級的球徑和球度檢測，工程上採用高精度光學複合三坐標儀和圓度儀來完成。在使用這些設備進行球徑和球度檢測時，存在以下幾方面的弊端：1.被檢測零件需從其加工設備上取下，送至上述檢測設備處進行檢測，檢測完畢後，如尚未達到尺寸要求，則需再安裝回加工設備上繼續加工；2.檢測值為近似值，因為零件精度已接近設備精度，且是多點擬合值；3.檢測過程時間長，大量佔用設備資源；4.需依賴專業技能人員配合完成。很顯然，這種檢測方法過程繁瑣、耗時長、效率低，極大地制約了生產效率。

技術實現要素：

本發明提供了一種可攜式光學幹涉法球徑球度快速檢測儀，可實現球形零件在加工時其球徑和球度的在線快速檢測。

本發明的技術方案是：

一種可攜式光學幹涉法球徑球度快速檢測儀，包括手持測頭、主機和顯示器；手持測頭由基準光學玻璃樣板、雷射照明系統、成像系統及按鈕開關構成；基準光學玻璃樣板插裝在通光套筒上，位於手持測頭的前端，目的是方便不同球徑基準光學玻璃樣板間的快速更換，並與被測球形零件接觸；雷射照明系統為基準光學玻璃樣板提供雷射單色光照明，雷射單色光是通過通體發亮光纖將雷射從發射端導入，並將該通體發亮光纖纏繞在通光套筒上，實現對基準光學玻璃樣板進行照明；按鈕開關用於控制雷射照明系統的雷射單色光照明；基準光學玻璃樣板後方是成像系統，成像系統對基準光學玻璃樣板與被測零件接觸之間的球徑差產生的幹涉條紋圖像成像，成像後的圖像被傳送至主機中圖像處理器，圖像處理器經圖像處理和軟體計算得出的被測球形零件的球徑和球度值在顯示器上輸出。

所述圖像處理器經圖像處理和軟體計算還在顯示器上直接輸出簡化後的幹涉條紋圖形。

所述成像系統由鏡頭、CCD組件構成,尾端有調焦旋鈕，調節CCD與鏡頭之間的距離，實現調焦。

本發明的原理：一種可攜式光學幹涉法球徑球度快速檢測儀，包括手持測頭、主機和顯示器；手持測頭由基準光學玻璃樣板、雷射照明系統、成像系統及按鈕開關構成；基準光學玻璃樣板插裝在通光套筒上，位於手持測頭的前端，目的是方便不同球徑基準光學玻璃樣板間的快速更換，並與被測零件接觸；雷射照明系統為基準光學玻璃樣板提供雷射單色光照明，提高幹涉條紋清晰度，雷射單色光是通過通體發亮光纖將雷射從發射端導入，並將該通體發亮光纖纏繞在通光套筒上，實現對基準光學玻璃樣板進行照明的；按鈕開關用於控制雷射照明系統的雷射單色光照明，節省電能；基準光學玻璃樣板後方是成像系統，成像系統對基準光學玻璃樣板與被測零件接觸之間的球徑差產生的幹涉條紋圖像成像，成像後的圖像被傳送至主機中的圖像處理器，經處理後的幹涉條紋圖形及計算得出的被測球形零件的球徑和球度值在顯示器上輸出。

本發明的優點在於：

(1)本發明直接顯示球徑和球度數值。此外，簡化處理後的幹涉條紋具有簡潔、直觀、易懂的特點，利於分析判斷球貌誤差，擺脫了對高精度三坐標儀及圓度儀的依賴；

(2)本發明檢測精度高。本發明雷射單色光是通過通體發亮光纖將雷射從發射端導入，並將該通體發亮光纖纏繞在通光套筒上，實現對基準光學玻璃樣板進行照明，反映球徑和球度的幹涉條紋圖形是基於單色光波長單位(納米級)工作的，因此檢測精度高。

(3)本發明集成一體化設計，體積小，重量輕，攜帶方便，使用靈活，可實現零件加工時的在線檢測，極大地提高了零件的檢測效率。

附圖說明

圖1為本發明的總體三維示意圖，其中1為手持測頭，2為主機，3為顯示器。

圖2為手持測頭1的剖面圖，其中：4為基準光學玻璃樣板，5為前端套筒，6為鋼珠，7為彈性壓圈，8為通光套筒，9為通體發光光纖，10為光纖導向管，11為雷射模組，12為按鈕開關，13為主殼體；14為鏡頭，15為CCD,16為CCD套筒，17為頂絲，18為尾端套筒；19為調焦底座，20為螺紋懸塊，21為調焦鈕，22為頂絲。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細說明。

如圖1所示，本發明一種可攜式光學幹涉法球徑球度快速檢測儀包括手持測頭1、主機2和顯示器3。

如圖2所示，手持測頭1前端的基準光學玻璃樣板4插在前端套筒5內，由鋼珠6和彈性壓圈7構成的彈性頂珠機構將其固定，既可防止基準光學玻璃樣板4鬆脫，又可實現不同球徑基準光學玻璃樣板4的快速更換；通光套筒8與前端套筒5之間纏繞有通體發光光纖9，該通體發光光纖9的另一端經過光纖導向管10對準雷射模組11的雷射發射埠，構成雷射照明系統，按鈕開關12用於控制雷射照明；基準光學玻璃樣板4的後方有鏡頭14，與其後面的CCD15構成成像系統，CCD15固定在CCD套筒16中，CCD套筒16由主殼體13上的四個頂絲17定位，通過微調頂絲17可實現CCD15屏幕中心的精確定位；尾端套筒18、調焦底座19、螺紋懸塊20、調焦鈕21構成了調焦機構，調焦底座19由頂絲22固定在主殼體13尾端，調焦鈕21與調焦底座19為可旋轉連接結構，調焦鈕21與螺紋懸塊20為嚙合關係，旋動調焦鈕21，可調節螺紋懸塊20前進或後退，螺紋懸塊20與CCD15的導線固連，於是通過調節螺紋懸塊20的方式實現了CCD15位置的調節(即調焦)。上述的結構具有簡單，調節精度高的優點。

使用時，按下按鈕開關12，雷射模組11發出雷射單色光，該雷射經通體發光光纖9導入，將通光套筒8照亮，為基準光學玻璃樣板4提供單色光照明。

檢測時，將基準光學玻璃樣板4與被測球形零件的球面貼合，因二者球徑差產生的幹涉條紋圖像經鏡頭14成像在CCD15上，圖像信息傳輸至圖像處理器，圖像處理程序對採集的圖像進行灰度化、去噪聲、邊緣檢測等處理，提取出幹涉條紋的邊界，再經過霍夫變換獲得各幹涉條紋的半徑參數，最後根據被測球形零件與幹涉條紋半徑之間的相關公式計算出其球徑球度值，並在顯示器2上輸出球徑球度值和簡化後的幹涉條紋圖形。

主機內含有PC104嵌入式主板圖像處理模塊、基於MATLAB的GUI圖像處理程序、若干個DC/DC降壓模塊及電源，DC/DC降壓模塊分別為雷射模組、CCD組件和顯示器提供不同的電壓，總電壓為12V，可充電鋰電池供電。

本發明未詳細闡述屬於本領域公知技術。