CN103913134B - 细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置及其检测方法，涉及圆柱工件表面检测。所述检测装置设有激光发射器、CCD摄像头、细圆柱工件、垂直检测平板、计算机、细圆柱工件支架、激光发射器支架、转盘、转轴和底座；激光发射器和CCD摄像头设在垂直检测平板的前方，CCD摄像头与计算机通过数据线连接，计算机控制CCD摄像头的采集，摄像头采集的数据上传到计算机；所述激光发射器固定于激光发射器支架上，激光发射器发射的激光照射在细圆柱工件上并反射在垂直检测平板上；细圆柱工件固定在细圆柱工件支架顶部的凹槽内，细圆柱工件支架固定在转盘的边缘，转盘设在转轴上并随转轴旋转，转轴和激光发射器支架固定在底座两侧。
Description
技术领域
本发明涉及圆柱工件表面检测，尤其是涉及一种细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置及其检测方法。
背景技术
随着现代科学技术的进步和发展，人们对工件精密程度的要求越来越高，越来越多的细小工件应用于各个技术领域，同时对细小工件的表面粗糙度测量提出了更高的要求([1]高成立.浅谈影响机械加工表面质量的因素及措施[J].科技创新与应用,2013(13):114-114；[2]周一勤.3DSI三维在机检测软件用于模具行业[J].现代制造,2008(8):36-36；[3]叶露,辛宏伟,王权陡,等.主动调节刚性支撑薄膜型反射镜制造[J].航天工艺,2001,5(1):3；[4]费业泰,陈晓怀,李书富.精密测试及仪器的误差修正技术[J].宇航计测技术,1996,16(4):66-70)。表面粗糙度测量是精密计量领域中的一个特重要分支，它在机械、电子和光学领域中起着重要的作用。在不断微型化的今天，快速检测出细圆柱的表面粗糙度不仅关系着仪器的精密程度，也关系着企业生产效率。目前，比较常用的表面粗糙度方法有比较测量法、机械粗针法、电子显微镜发、光学法以及其它一些综合测量方法等([5]王向军,王峰.显微精密成像与微型机械尺寸检测技术[J].光学精密工程,2001,9(6):511-513；[6]刘贵杰,巩亚东,王宛山.基于摩擦声发射信号的磨削表面粗糙度在线检测方法研究[J].摩擦学学报,2004,23(3):236-239；[7]刘斌,冯其波,匡萃方.表面粗糙度测量方法综述[J].光学仪器,2005,26(5):54-58)。然而，并非以上所有方法都满足细圆柱的表面粗糙度快速测量。例如机械粗针法虽然在测量平面工件时比较快速方便，但是对于检测曲面则受到严重限制，其探针很难精准沿着圆柱径向检测；显微镜虽然检测精度高，但是并不能满足企业的快速检测要求。
发明内容
本发明的目的在于提供测量快速、便捷、效率高的一种细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置及其检测方法。
所述细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置设有激光发射器、CCD摄像头、细圆柱工件、垂直检测平板、计算机、细圆柱工件支架、激光发射器支架、转盘、转轴和底座；
激光发射器和CCD摄像头设在垂直检测平板的前方，CCD摄像头与计算机通过数据线连接，计算机控制CCD摄像头的采集，摄像头采集的数据上传到计算机；所述激光发射器固定于激光发射器支架上，激光发射器发射的激光照射在细圆柱工件上并反射在垂直检测平板上；细圆柱工件固定在细圆柱工件支架顶部的凹槽内，细圆柱工件支架固定在转盘的边缘，转盘设在转轴上并随转轴旋转，转轴和激光发射器支架固定在底座两侧。
所述激光发射器支架上可设有用于调节激光束高度、水平度和反射点位置的调节螺钉。
所述细圆柱工件表面粗糙度的检测方法，采用所述细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置，包括以下步骤：
1)接通激光发射器电源；
2)调节CCD摄像头聚焦在垂直检测平板上；
3)将已知粗糙度的标准细圆柱工件放置在细圆柱工件支架的凹槽内，调整转盘角度使激光发射器发出的激光照射到标准细圆柱工件上，形成反射在垂直检测平板上呈现出椭圆或圆形光环，光环不得超出垂直检测平板范围；
4)由CCD摄像头拍照并将图片保存在计算机中；
5)选择至少3件已知粗糙度的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
6)将采集的图片每一个像素点的红(R)、绿(G)、蓝(B)三色值提取并保存，根据色度学知识计算每一个像素亮度Y，计算公式如下：
Y＝0.299×R+0.587×G+0.114×B
然后统计最高亮度像素点数N；
7)由于细圆柱工件表面的粗糙度σ与光环的最高像素点数呈非线性关系：σ＝f(N)，根据统计得到的数值N和σ，定标f(N)；
8)用待测细圆柱工件替换步骤3)的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
9)利用已定标的细圆柱工件表面的粗糙度与光环的最高像素点数的关系计算待测细圆柱工件表面粗糙度。
激光是否水平对检测结果有一定的影响，细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置放置时可用水平仪测量底座看是否水平。其次，激光发射器支架上附有微调螺钉，用于微调发出激光束的高度、水平度和反射点位置。细圆柱工件支架上附有凹槽可用于固定细圆柱工件，对于磁性细圆柱工件可用磁铁吸附固定在凹槽中，对于非磁性细圆柱工件可用胶带固定。
在计量测试领域中，激光由于能量高度集中及其优异的方向性、单色性、相干性，成为各行业研究应用的热点。激光测量的传统方法是反射散射比法，但是在激光强度固定的情况下，仪器的表面粗糙度与反射光也呈一定的相关性。利用这点，本发明可以简化测量的步骤，提出更为方便快捷的检测方法。与现代计算器的结合，从光路结构、光电转换和处理上优化，使利用激光测量精密仪器比传统的测量更具有优越性。
本发明的有益效果在于：
1)本发明通过采集激光反射光来间接测量细圆柱表面粗糙度，测量简易方便，且对工件损害较小；
2)利用CCD摄像头可以做到快速采集，通过电脑处理使得检测自动化程度高，可用于快速检测。
附图说明
图1为本发明所述细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置实施例的结构示意图。
图2为本发明所述细圆柱工件表面粗糙度的检测方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参见图1和2，所述细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置实施例设有激光发射器1、CCD摄像头2、细圆柱工件3、垂直检测平板4、计算机5、细圆柱工件支架6、激光发射器支架7、转盘8、转轴9和底座10。
激光发射器1和CCD摄像头2设在垂直检测平板4的前方，CCD摄像头2与计算机5通过数据线连接，计算机5控制CCD摄像头2的采集，摄像头2采集的数据上传到计算机5；所述激光发射器1固定于激光发射器支架7上，激光发射器1发射的激光照射在细圆柱工件3上并反射在垂直检测平板4上；细圆柱工件3固定在细圆柱工件支架6顶部的凹槽61内，细圆柱工件支架6固定在转盘8的边缘，转盘8设在转轴9上并随转轴9旋转，转轴9和激光发射器支架7固定在底座10两侧。
所述激光发射器支架7上可设有用于调节激光束高度、水平度和反射点位置的调节螺钉71。
本发明提供的细圆柱工件表面粗糙度的检测方法，包括以下步骤：
1)接通激光发射器电源，将垂直检测平板放置在激光发射器支架前方30cm处；
2)调节CCD摄像头聚焦在垂直检测平板上，使整个垂直检测平板刚好充满CCD摄像头整个画面；
3)将已知粗糙度的标准细圆柱工件放置在细圆柱工件支架的凹槽内，调整转盘角度使标准细圆柱工件与激光夹角为15°，激光发射器发出的激光照射到标准细圆柱工件上，形成反射在垂直检测平板上呈现出椭圆或圆形光环(参见图2中的标记41)，光环不得超出垂直检测平板范围；
4)由CCD摄像头拍照并将图片保存在计算机中；
5)选择至少3件已知粗糙度的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
6)将采集的图片每一个像素点的红(R)、绿(G)、蓝(B)三色值提取并保存，根据色度学知识计算每一个像素亮度Y，计算公式如下(参见文献：刘利田,常建平.一种基于HVS的彩色图像水印算法[J].计算机工程,2007,33(24):144-145)：
Y＝0.299×R+0.587×G+0.114×B
然后统计最高亮度像素点数N；
7)由于细圆柱工件表面的粗糙度σ与光环的最高像素点数呈非线性关系：σ＝f(N)，根据统计得到的数值N和σ，定标f(N)；
8)用待测细圆柱工件替换步骤3)的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
9)利用已定标的细圆柱工件表面的粗糙度与光环的最高像素点数的关系计算待测细圆柱工件表面粗糙度。
Claims (2)
1.细圆柱工件表面粗糙度的检测方法，其特征在于采用细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置，所述细圆柱工件表面粗糙度的快速检测装置设有激光发射器、CCD摄像头、细圆柱工件、垂直检测平板、计算机、细圆柱工件支架、激光发射器支架、转盘、转轴和底座；
激光发射器和CCD摄像头设在垂直检测平板的前方，CCD摄像头与计算机通过数据线连接；所述激光发射器固定于激光发射器支架上，激光发射器发射的激光照射在细圆柱工件上并反射在垂直检测平板上；细圆柱工件固定在细圆柱工件支架顶部的凹槽内，细圆柱工件支架固定在转盘的边缘，转盘设在转轴上并随转轴旋转，转轴和激光发射器支架固定在底座两侧；
所述方法包括以下步骤：
1)接通激光发射器电源；
2)调节CCD摄像头聚焦在垂直检测平板上；
3)将已知粗糙度的标准细圆柱工件放置在细圆柱工件支架的凹槽内，调整转盘角度使激光发射器发出的激光照射到标准细圆柱工件上，形成反射在垂直检测平板上呈现出椭圆或圆形光环，光环不得超出垂直检测平板范围；
4)由CCD摄像头拍照并将图片保存在计算机中；
5)选择至少3件已知粗糙度的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
6)将采集的图片每一个像素点的红(R)、绿(G)、蓝(B)三色值提取并保存，根据色度学知识计算每一个像素亮度Y，计算公式如下：
Y＝0.299×R+0.587×G+0.114×B
然后统计最高亮度像素点数N；
7)由于细圆柱工件表面的粗糙度σ与光环的最高像素点数呈非线性关系：σ＝f(N)，根据统计得到的数值N和σ，定标f(N)；
8)用待测细圆柱工件替换步骤3)的标准细圆柱工件，重复步骤3)和4)；
9)利用已定标的细圆柱工件表面的粗糙度与光环的最高像素点数的关系计算待测细圆柱工件表面粗糙度。
2.如权利要求1所述细圆柱工件表面粗糙度的检测方法，其特征在于所述激光发射器支架上设有用于调节激光束高度、水平度和反射点位置的调节螺钉。
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