CN107631690B - 一种直线导轨表面缺陷测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直线导轨表面缺陷测量方法，涉及测试技术领域。角锥棱镜移动得到导轨表面缺陷的直线导轨刻度位移d，激光干涉仪发出的光束经角锥棱镜反射原路返回，分光后一束光射入激光干涉仪，得到导轨表面缺陷的干涉仪检测位移l，另一束光射入相机，CCD感光面形成光斑转换后计算得到角锥棱镜在导轨表面缺陷中的实际路程s，导轨表面缺陷实际路程L为l与s之和。本发明解决了现有技术中激光干涉仪对直线导轨表面缺陷测量难以确定准确位置给修复带来困难的技术问题。本发明有益效果为：消除了利用激光干涉仪测量的误差，测量更加精确。为直线导轨表面缺陷修复提供准确的依据。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，尤其是涉及一种基于激光干涉仪的对直线导轨表面凹凸缺陷的测量方法。
背景技术
放射治疗肿瘤，对放射治疗设备的质量控制很重要。目前大部分医院的放射治疗设备结构具体为：三维扫描系统安装在水箱中，三维扫描系统的X直线导轨水平固定于水箱体上端，Y直线导轨通过可滑动的第一滑块与X直线导轨连接，Z直线导轨通过可滑动的第二滑块与Y直线导轨连接，Y直线导轨和Z直线导轨落在水箱中，扫描探头安装在旋转座上，旋转座通过可滑动的第三滑块与Z直线导轨连接。三维扫描系统质量控制主要是三个直线导轨的精度。基于激光干涉仪对直线导轨直线度误差的测量方法和装置已经很普遍。中国专利申请公布号CN104748702A，申请公布日2015年7月1日，名称为“一种关于直线导轨直线度误差的快速测量及误差补偿方法”发明专利申请文件公开了一种关于直线导轨直线度误差的快速测量及误差补偿方法。它通过激光干涉仪测量、采集直线导轨上若干数据点，通过XD激光测量系统中的直线度数据分析模块，对所采集点的数据进行直线度测量结果分析，即可得到导轨的直线度误差。该方法考虑到了检测到被测轴的直线度误差时的一些影响因素并做出了补偿。但是，激光干涉仪测量的被测轴的直线位移，不能如实反映由于被测轴的表面存在缺陷的实际路程，所以不能准确定位缺陷位置，这给直线导轨的缺陷修复带来困难。而直线导轨表面的缺陷，会对扫描探头最终的位置造成误差，直接影响到放射治疗效果。
发明内容
为了解决现有技术中基于激光干涉仪对直线导轨表面缺陷测量难以确定准确位置给修复带来困难的技术问题，本发明提供一种直线导轨表面缺陷测量方法，检测直线导轨表面缺陷位置定位准确，为修复直线导轨表面缺陷提供准确的依据。
本发明的技术方案是：一种直线导轨表面缺陷测量方法：它包括，激光干涉仪、分光棱镜、相机、角锥棱镜、被测导轨和与被测导轨可移动连接的载台，角锥棱镜与载台固定且随载台移动，得到导轨表面缺陷的直线导轨刻度位移d，激光干涉仪位于被测导轨一端，激光干涉仪发出的光束经角锥棱镜反射原路返回，反射光束经分光棱镜后分光，一束光射入激光干涉仪，得到导轨表面缺陷的干涉仪检测位移l，另一束光射入相机，在CCD感光面形成光斑，将光斑图像信息转换为位移信息，计算得到角锥棱镜在导轨表面缺陷中的实际路程s，导轨表面缺陷实际路程L为直线导轨刻度位移l与实际路程缺陷的斜线位移s之和。
作为优选，分光棱镜位于激光干涉仪镜头正前方，相机位于分光棱镜正下方，角锥棱镜位于测试原点时，射入相机的光束形成的光斑落在CCD感光面的中心位置。
作为优选，光斑通过亚像素边缘提取算法提取图像以像素为单位。
作为优选，光斑像素单位转换为尺寸单位，得到缺陷与轨道表面最大距离h和缺陷与直线导轨刻度位移d端点距离g，通过三角计算得到角锥棱镜在导轨表面缺陷中的实际位移s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：消除了利用激光干涉仪测量的误差，测量更加精确，可达0.01mm，比射线束分析仪自身定位精度提高了一个数量级。为直线导轨表面缺陷修复提供准确的依据。方法简单合理，操作方便；测量精度高，检测数据准确，提高检测效率。
附图说明
附图1为本发明实施例示意图；
附图2为被测Z导轨测量说明示意图；
附图3为图2中A是放大图。
图中：1-激光干涉仪；2-分光棱镜；3-相机；4-45度直角棱镜；5-角锥棱镜；6-被测Z导轨；7-被测Y导轨；8-被测X导轨；31-CCD感光面；32-光斑；61-Z载台；71-Y载台；81-X载台。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
如图1所示，一种直线导轨表面缺陷测量方法，它包括，激光干涉仪1、分光棱镜2、相机3、45度直角棱镜4和角锥棱镜5。放射治疗水箱的上端面右边固定有被测X导轨8。被测X导轨8可移动套接X载台81。X载台81固定有被测Y导轨7。被测Y导轨7上端与X载台81固定，下端伸入到放射治疗水箱的内腔底部。被测Y导轨7可移动套接Y载台71。Y载台71固定有被测Z导轨。被测Z导轨套接Z载台61。Z载台61连接扫描探头座(图中未示)。图1中，图左端为被测Z导轨6原始点。45度直角棱镜4有二个分别与Y载台71和X载台81固定且随载台移动。角锥棱镜5与Z载台61固定且随Z载台61移动。激光干涉仪1位于被测X导轨8的一端。分光棱镜2位于激光干涉仪1镜头正前方。相机3位于分光棱镜2正下方。
如图2和3所示，以检测被测Z导轨6为例说明。图2中，图左端为被测Z导轨6原始点。图2上面一行表示被测Z导轨6上的缺陷点：1位置表示被测Z导轨6表面无缺陷点。2位置表示被测Z导轨6上表面有凸起。3位置表示被测Z导轨6上表面有凹陷。4位置表示被测Z导轨6前表面有凹陷。5位置表示被测Z导轨6前表面有凸起。6位置表示被测Z导轨6前表面有和上表面同时凹陷。图2中间行表示检测中角锥棱镜5分别位于图2上面一行缺陷位置。如图2下面行表示检测中角锥棱镜5分别位于图2上面一行缺陷位置，相机3的CCD感光面31对应出现的光斑32位置。
在测试前，调整激光干涉仪1、分光棱镜2和相机3位置。将Z载台61、Y载台71、X载台81利用放射治疗的动力装置分别移到被测Z导轨6、被测Y导轨7、被测X导轨8的原点。激光干涉仪1发出光束经过分光棱镜2、X载台81上的45度直角棱镜4、Y载台71上的45度直角棱镜4，由角锥棱镜5反射原路返回，反射光束经分光棱镜2分出二路光束，一束光射入激光干涉仪1，另一束光射入相3。射入相机3的光束形成的光斑32落在CCD感光面(31)的中心位置(如图2中1位置对应的光斑32在CCD感光面31中心)。
测试中，二个45度直角棱镜4随Y载台71、X载台81固定在被测Y导轨7、被测X导轨8原点不动。利用放射治疗的动力装置移动Z载台61，角锥棱镜5随Z载台61在被测Z导轨6上移动。角锥棱镜5随Z载台61移动，从放射治疗设备得到导轨表面缺陷的直线导轨刻度位移d。激光干涉仪1发出的光束经过分光棱镜2、X载台81上的45度直角棱镜4、Y载台71上的45度直角棱镜4，经过角锥棱镜5反射原路返回。反射光束经分光棱镜2后分光。一束光射入激光干涉仪1，得到导轨表面缺陷的干涉仪检测位移l；另一束光射入相机3，在CCD感光面31形成光斑32。如果光斑32落入CCD感光面31的中心位置，如图2中的1位置，则说明被测Z导轨6在此位置无缺陷。如果在CCD感光面31形成光斑32偏离中心，以图2中3位置举例说明(如图3所示)。通过亚像素边缘提取算法可以找到光斑32在CCD感光面31中偏离中心的距离(即所间隔的光敏元的数量p)，要得到光斑偏离中心的实际位移信息h，则必须对CCD感光面31进行标定。同时建立起光敏元数量p与实际尺寸h之间的对应关系，可由式
求得。其中，k是CCD光敏元的尺寸，p是被测目标物在光学系统成像后在CCD光敏区所间隔的光敏元的数量(即像素点数目)，β为成像光学系统的放大倍率。显然，所测得的图像尺寸(单位：像素)与实际尺寸(单位cm或mm)之间具有一一对应的线性关系，即两物之间的测量比为常数β。β值可由相机标定得到。至此，得到测量点的直线度误差h。
光斑32像素单位转换为尺寸单位，得到缺陷与轨道表面最大距离h和缺陷与直线导轨刻度位移d端点距离g，通过三角计算得到角锥棱镜5在导轨表面缺陷中的实际位移s。导轨表面缺陷实际路程L为直线导轨刻度位移l与实际路程缺陷的斜线位移s之和。同样方法测量被测Y导轨7和被测X导轨8，不再赘述。
Claims (1)
1.一种直线导轨表面缺陷测量方法，它包括，激光干涉仪（1）、分光棱镜（2）、相机（3）、角锥棱镜（5）、被测导轨和与被测导轨可移动连接的载台，其特征在于：所述角锥棱镜（5）与载台固定且随载台移动，得到导轨表面缺陷的直线导轨刻度位移d，激光干涉仪（1）位于被测导轨一端，激光干涉仪（1）发出的光束经角锥棱镜（5）反射原路返回，反射光束经分光棱镜（2）后分光，一束光射入激光干涉仪（1），得到导轨表面缺陷的干涉仪检测位移l，另一束光射入相机（3），在CCD感光面（31）形成光斑（32），将光斑（32）图像信息转换为位移信息，得到缺陷与轨道表面最大距离h和缺陷与直线导轨刻度位移d端点距离g，计算得到角锥棱镜（5）在导轨表面缺陷中的实际位移s，导轨表面缺陷实际路程L为直线导轨刻度位移d与导轨表面缺陷中的实际位移s之和；所述分光棱镜（2）位于激光干涉仪（1）镜头正前方，相机（3）位于分光棱镜（2）正下方，角锥棱镜（5）位于测试原点时，射入相机（3）的光束形成的光斑（32）落在CCD感光面（31）的中心位置；如果在 CCD 感光面（31）形成光斑（32）偏离中心，通过亚像素边缘提取算法可以找到光斑 （32）在 CCD 感光面（31）中偏离中心的距离即所间隔的光敏元的数量 p，建立起光敏元数量 p 与实际尺寸 h之间的对应关系：h= k * p /β，其中k 是 CCD 光敏元的尺寸，p 是被测目标物在光学系统成像后在 CCD 光敏区所间隔的光敏元的数量即像素点数目，β为成像光学系统的放大倍率，所测得的图像尺寸与实际尺寸之间具有一一对应的线性关系，即两物之间的测量比为常数β，β值可由相机标定得到，至此得到测量点的直线度误差，计算得到的实际尺寸 h的值即为缺陷与轨道表面最大距离h的值。
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