CN106767493A - 一种变基准面凹坑深度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变基准面微小凹坑深度测量方法。其步骤为：单束激光束以每次n度沿半圆形轨道对位于圆心的待测凹坑扫描，将每一次扫描得到的数据构成一个等距图；如果等距图不封闭，则利用算法舍弃无效值，选取新的有效值，构成封闭的等距图；如果等距图封闭，则利用算法得到待测凹坑的上基准面和下基准面，两者的差值即此次扫描下待测凹坑的深度Δδ₁，最终比较180/n次的深度值，其中最大值即为实际凹坑深度。该测量方法能够进行多重基准面的选取，并进行测量值比较，使得凹坑基准面选取更为精确；采用非接触式测量，对于一些难以接触的凹坑也可以进行测量；对于撕裂、穿透等特殊情况也能进行测量；即使是野外也能使用；操作简易快捷，省时省力。

Description

一种变基准面凹坑深度测量方法

技术领域

本发明属于一种深度测量方法，具体涉及一种变基准面凹坑深度测量方法，特别用于工业生产中材料表面凹坑尤其是抗弹材料表面多发弹弹坑深度的测量。

背景技术

在工业生产中，一些生产出来的材料表面会出现凹坑等缺陷，根据产品质量检验要求，通常需要检测这些凹坑的深度。在一些其它场合中，如进行某些材料的抗弹性实验，在靶试实验完成后，需要对弹坑尤其是多发弹的弹坑进行深度测量。因此研究凹坑的测量方法是有必要的。目前测量凹坑深度尺寸的方法有游标卡尺测量和深度测量仪测量。在使用游标卡尺直接测量时很难保证卡尺本身与被测基准面是相互垂直的，从而大大影响测量结果的准确性同时也很耗时。而现有的深度测量仪通常是由千分尺、支架及其他相关部件构成，用该种方法测量，支架的摆放位置不同(如图2所示)，即支架摆放在凹坑上时选取的2个接触点不同，测出的深度值也不同，图2中的深度1和深度2就是不同的数值，这样大大影响深度测量的准确度。而且上述两种测量方法都是接触式测量，对于一些难以接触的凹坑通常无法测量。

专利CN 201688822 U公开了一种表面不平度测量仪，包括夹具体和百分表，该测量方法能够快速对凹坑深度进行测量，但在测量多个凹坑深度时，通常基准面是会变化的，该测量方法选定的基准面不够精确，从而影响测量结果。

专利CN 203687843 U公开了一种测量钣金凹坑深度的简易测量仪，包括一上下封闭设置的套筒，筒柄，搭板，测量杆，保护套，挡板，弹簧，该测量方法省时省力，但测量结果的精确度不够高，不能满足实际应用中越来越高的要求。

专利CN 105066952 A公开了激光短距离测距方法，其在激光发射端上固定光导纤维，将激光的传播路径的长度减去光导纤维的长度，获得激光发射端与待测物体之间的距离，这种方法可以进行激光的短距离测距，但是只能测出光源与物体之间的直接距离，无法测出凹坑的深度。

惠梅等人的相移干涉显微术测量表面微观形貌介绍了一种相移干涉显微测量系统，其采用相移干涉与微分干涉相结合来测量纳米图形表面形貌，该测量系统能够准确地重构出纳米表面微观形貌,并给出了定量测量数据，但是该方法过于复杂，且对仪器的使用条件有严格的要求，只能在特定的稳定环境中使用，不能用于野外测量，且深度测量范围相当狭窄。

发明内容

为了克服现有凹坑深度测量方法的不足，如基准面的选取存在多样性造成测量结果多样；一些微小凹坑难以接触测量；某些测量仪器对测量环境要求较高，不能随时测量；测量范围狭窄；激光测量主要用于测量单一目标距离不能进行深度测量；测量结果准确度及精度不高、耗时耗力等问题，本发明提供一种建立在复杂曲面上的无确定基准面的凹坑深度测量方法，该测量方法结合激光测距原理采用非接触式测量，基准面选取精确，使用范围大，大大提高测量结果的准确度及精度，操作简易快捷，省时省力。

本发明的一种变基准面凹坑深度测量方法，包括如下步骤：

(1)单束激光束从0度以每次n度的等间隔沿半圆形轨道对位于半圆形轨道圆心的待测凹坑进行扫描，并将每一次扫描反馈的信号通过激光器内的信号处理单元对其结果进行处理，将每一次扫描得到的数据构成一个等距图，直至扫描到180度，即得到180/n个等距图；

(2)判断得到的等距图上的等距线是否为闭合的环形线；

(3)如果闭合，则在闭合的等距图上任意选取一条等距线，设其数值为c，选取其相邻的一条等距线，设其数值为d，当c-d/c≤1％，则采用c和d的平均值作为所述待测凹坑上基准面的数值，记为δ₁；选取该等距图中所有数值中的最大值作为所述待测凹坑下基准面的数值，记为δ₂，即得到的该次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁＝δ₂-δ₁；

(4)如果非闭合，则在该等距图上选取任意一条等距线，设其数值为a，当该数值a与其他任意一条等距线的数值b的相对差值即a-b/b大于50％，视数值a为无效值，选择相对差值小于50％中与数值a相差最小的数值作为其有效值，将该有效值重新构成闭合的等距图；

(5)计算每一次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁，Δδ₂，Δδ₃……Δδ_180/n，对每一次深度测量值进行比较，选取其中的最大值作为凹坑的实际深度值。

进一步的，n＝1，2，3。

进一步的，所述的待测凹坑是指深度在毫米级的凹坑。

本发明主要原理：结合激光测距原理，从各个不同角度向凹坑发射激光束，得到激光器发射端到凹坑各点的距离，每一个角度都利用算法得到凹坑的上基准面和下基准面，两者的差值即此角度下凹坑的深度，最终比较所有深度值，其中最大值即为实际凹坑深度。其中上基准面的值采用如上所示的算法得到，下基准面的值即等距线的最大值，本发明的凹坑基准面选取方法与传统测量方法相比更为精确。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：(1)能够进行多重基准面的选取，并进行测量值比较，使得凹坑基准面选取更为精确，即使是复杂曲面上的无确定基准面的凹坑也能精确选择；(2)采用非接触式测量，对于一些难以接触的凹坑也可以进行测量；(3)对于撕裂、穿透等特殊情况也能进行测量(4)使用条件不严苛，即使是野外也能使用(5)方法简单，操作简易快捷，省时省力。

附图说明

图1是本发明所述的微小凹坑深度测量的流程图。

图2是传统测量方法示意图。

图3是本发明所述的半圆形轨道示意图。

图4是本发明所述的实施例一测量的示意图。

图5是本发明所述的实施例二测量的示意图。

图6是本发明所述的凹坑等距图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例一：

参见图1，本发明的变基准面微小凹坑深度测量方法的具体过程为：

步骤一：激光器从0度开始沿半圆形轨道旋转，其中半圆形轨道圆心为待测凹坑，发射端向待测凹坑发射单束激光束进行扫描，如图3，利用光的直线传播及反射原理，激光器内的信号处理单元对结果进行处理，得到激光束到凹坑内多点的距离，该数值可以构成待测凹坑的等距图，如图6。每一次扫描均可以得到一个等距图。

步骤二：如图6，该等距图上的等距线为封闭的环形线，从该等距图中选择任意一条等距线3(即环形线)，其数值为50.4，其相邻的等距线2的数值为50.36，计算两者的相对差值，(50.4-50.36)/50.4≤1％，则该待测凹坑的上基准面的数值为两者的平均值，即为(50.4+50.36)/2＝50.38，记为δ₁；选取该等距图中所有数值中的最大值等距线1的值54.16作为所述待测凹坑下基准面的数值，记为δ₂，即得到的该次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁＝δ₂-δ₁＝54.16-50.38＝3.78，如图4。

步骤三：将激光器每隔1度继续进行旋转，直至扫描至180度，每次进行一次深度测量，因此有180个测量值，即构成180个等距图，按照步骤二，对每一个等距图进行计算，可得到每一次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁，Δδ₂，Δδ₃……Δδ₁₈₀。对这些测量值进行比较，其中最大值为3.92mm，因此待测凹坑的实际深度值记为3.92mm。

本实施例中需要测量深度的凹坑两侧还有更小的凹坑，整体平面存在较大不平度，在采用传统方法进行测量时，对于基准面的选择会存在较大的误差，从而影响测量结果。而用本发明所述的微小凹坑深度测量方法，对于基准面的选取会更加精确，测量结果也更加精确。

实施例二：

本发明的一种变基准面微小凹坑深度测量方法的具体过程为：

步骤一：激光器从0度开始沿半圆形轨道旋转，其中半圆形轨道圆心为待测凹坑，发射端向待测凹坑发射单束激光束进行扫描，如图3，利用光的直线传播及反射原理，激光器内的信号处理单元对结果进行处理，得到激光束到凹坑内多点的距离，该数值可以构成待测凹坑的等距图。每一次扫描均可以得到一个等距图。

步骤二：参见图5，由于存在裂纹，得到的等距图中，有一些等距图会出现等距线不能够闭合的情况，当出现这种情况时，假如其中一条等距线的数值为603.2，与其他等距线的数值的相对差值大于50％，则视这个数值为无效值，选取离这条等距线最近的有效值即作为其数值。

步骤三：从封闭的等距图中选择任意一条等距线3，其数值为60.43，其相邻的等距线2的数值为60.37，计算两者的相对差值，(60.43-60.37)/60.43≤1％，则该待测凹坑的上基准面的数值为两者的平均值，即为(60.43+60.37)/2＝60.4，记为δ₁；选取该等距图中所有数值中的最大值等距线1的值63.38作为所述待测凹坑下基准面的数值，记为δ₂，即得到的该次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁＝δ₂-δ₁＝63.38-60.4＝2.98。

步骤四：将激光器每隔2度继续进行旋转，直至扫描至180度，每次进行一次深度测量，因此有90个测量值，即构成90个等距图，按照步骤二和步骤三，对每一个等距图进行计算，可得到每一次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁，Δδ₂，Δδ₃……Δδ₉₀。对这些测量值进行比较，其中最大值为3.92mm，因此待测凹坑的实际深度值记为3.92mm。

本实施例中需要测量深度的凹坑两侧还有更小的凹坑，整体平面存在较大不平度，在采用传统方法进行测量时，对于基准面的选择会存在较大的误差，从而影响测量结果。而用本发明所述的微小凹坑深度测量方法，对于基准面的选取会更加精确，测量结果也更加精确。

Claims (3)

1.一种变基准面凹坑深度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)单束激光束从0度以每次n度的间隔沿半圆形轨道对位于半圆形轨道圆心的待测凹坑进行扫描，并将每一次扫描反馈的信号通过激光器内的信号处理单元对其结果进行处理，将每一次扫描得到的数据构成一个等距图，直至扫描到180度，即得到180/n个等距图；

(2)判断上述等距图上的等距线是否闭合；

(3)如果闭合，则在闭合的等距图上任意选取一条等距线，设其数值为c，选取其相邻的一条等距线，设其数值为d，当c-d/c≤1％，则采用c和d的平均值作为所述待测凹坑上基准面的数值，记为δ₁；选取该等距图中所有数值中的最大值作为所述待测凹坑下基准面的数值，记为δ₂，即得到的该次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁＝δ₂-δ₁；

(4)如果不闭合，则在该等距图上选取任意一条等距线，设其数值为a，当该数值a与其他任意一条等距线的数值b的相对差值即a-b/b大于50％，视数值a为无效值，选择相对差值小于50％中与数值a相差最小的数值作为其有效值，将该有效值重新构成闭合的等距图；

(5)计算每一次扫描下待测凹坑的深度值Δδ₁，Δδ₂，Δδ₃……Δδ_180/n，对每一次深度测量值进行比较，选取其中的最大值作为凹坑的实际深度值。

2.如权利要求1所述的变基准面凹坑深度测量方法，其特征在于，n＝1，2，3。

3.如权利要求1所述的变基准面凹坑深度测量方法，其特征在于，所述的待测凹坑是指深度在毫米级的凹坑。