CN109470182A - 一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置及检测方法涉及机械密封端面的平面度检测技术领域，解决了检测效率和测量准确度均较低的问题，包括实木主体盒、平晶托盘、平晶、干涉光源、CCD传感器、万向调节支架和计算机。实木主体盒的底座上设有平面镜，后侧板上设有毛玻璃，左侧板、右侧板和上板的内表面上设有黑色遮光层，上板上设有安装平晶托盘的槽孔；平晶放置在平晶托盘上，干涉光源安装在实木主体盒内，CCD传感器连接万向调节支架、拍摄并发送干涉条纹图像至计算机。本发明通过CCD传感器和万向调节支架，使干涉条纹清晰的呈现在计算机上，弥补了平晶检测平面度时测量结果难以高效准确读取的缺陷，提高零件检测效率和准确度。

Description

一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置及检测方法

技术领域

本发明涉及机械密封端面的平面度检测领域，具体涉及一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置及检测方法。

背景技术

机械密封被广泛应用于航空发动机活门类零件中，机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下，保持贴合并相对滑动，而构成防止流体泄露的装置。

超高精度机械密封端面的平面度检定一直是困扰企业零件检测准确率和检测效率的瓶颈之一，航空件超高精度平面度形状公差要求，通常为0.3um，偶尔也有0.9um-1.5um的形状公差要求。在实际工作中，平面度检测主要通过干涉法、三远点法、特殊情况可以通过三坐标测量机或圆柱度仪利用最小二乘法原理进行测量。对于超高精度的平面度测量，必须使用干涉法或最小二乘法原理实现。最小二乘法原理，通常只应用于如复杂壳体表面，被测平面外部有其他零件遮挡等极特殊情况，不作为常规测量方法。对于干涉法，在日常工作中，由于需要通过肉眼观察零件与平晶合理接触产生的干涉条纹数量，当零件呈现多条干涉条纹时，难以得到精确测量结果，检测效率和测量准确度都很低，目前也没有对应的能精确测量平面度和检测效率高的成像装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置及检测方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，包括：

实木主体盒，包括底座、左侧板、右侧板、后侧板和上板，所述左侧板、右侧板和后侧板均安装在底座上，上板安装在左侧板、右侧板和后侧板上，底座上表面上设有平面镜，后侧板上设有毛玻璃，左侧板、右侧板和上板的内表面上均设置有黑色遮光层，上板上开设有槽孔；

安装在槽孔上的平晶托盘；

可更换的放置在平晶托盘上的平晶，所述平晶用于放置待检测零件；

安装实木主体盒内的干涉光源，所述干涉光源发射的光经毛玻璃(1.7)散射到平晶(3)和待检测零件上形成干涉条纹、所述平面镜(1.6)反射干涉条纹；

用于拍摄并发送平面镜(1.6)反射的干涉条纹图像的CCD传感器；

连接且支撑CCD传感器的万向调节支架；

和连接CCD传感器的计算机，所述计算机用于接收与显示CCD传感器发送的干涉条纹图像。

使用一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置的检测方法，包括如下步骤：

S1、用无尘布沾酒精擦拭待检测零件与平晶上表面至干净光洁；

S2、待检测零件与平晶上表面相贴合；

S3、打开干涉光源、CCD传感器和计算机，干涉光源发射的光经毛玻璃(1.7)散射照射到平晶(3)和待检测零件上、形成干涉条纹、干涉条纹经平面镜(1.6)反射到CCD传感器上，通过万向调节支架调节CCD传感器的拍摄位置和拍摄方向使CCD传感器拍摄到干涉条纹图像，CCD传感器将干涉条纹图像发送至计算机，计算机接收并显示干涉条纹图像；

S4、观察计算机显示的干涉条纹图像，从所述干涉条纹图像能够看出干涉条纹的弯曲度与条纹宽的比值关系；若干涉条纹为环形干涉条纹，则调节平晶的位置，使环形干涉条纹的干涉条纹数达到最少；

S5、读取干涉条纹中颜色相同的干涉条纹的数量，通过干涉条纹的数量确定平面度误差，待检测零件检测完成；

S6、取走检测完成的待检测零件，整理平晶上表面。

本发明的有益效果是：

1、通过在实木主体盒内置黑色遮光层，提高光源聚拢性，将反射光对测量效果的影响降至最低，增加了测量结果的准确度。

2、通过采用毛玻璃片使干涉光源通过散射作用在待检测零件上，利于观察干涉条纹。

3、平晶可根据零件大小更换，能够精益生产。

4、本发明在成像区域增加CCD传感器，并使用万向调节支架，使干涉条纹清晰的通过CCD传感器呈现在计算机屏幕上，量化测量结果，弥补了平晶检测平面度时测量结果难以高效准确读取的缺陷，提高测量精度，做到测量结果高效和量化，提高零件检测效率和准确度，最终满足航天产品的质量需求。

5、本发明的检测方法在零件呈现多条干涉条纹时，也能得到精确测量结果，检测效率和测量准确度都很高。

附图说明

图1为本发明的成像装置的结构示意图。

图2为本发明的实木主体盒的立体图。

图3为本发明的实木主体盒的俯视图。

图4为本发明的平晶托盘俯视图。

图5为本发明的平晶托盘和平晶剖视图。

图6为本发明的平晶保护罩的立体图。

图7为本发明的平晶保护罩的剖视图。

图8为本发明的万向调节支架的立体图。

图9为本发明的一种干涉条纹图。

图10为本发明的另一种干涉条纹图。

图11为本发明的环形零件干涉条纹参考图。

图中：1.1、底座，1.2、左侧板，1.3、右侧板，1.4、后侧板，1.5、上板，1.51、槽孔，1.6、平面镜，1.7、毛玻璃，1.8、黑色遮光纸，2、平晶托盘，3、平晶，4、平晶保护罩，5、万向调节支架，5.1、支架底座，5.2、主支撑杆，5.3、高度调节夹箍，5.4、方向调节夹箍，6、计算机，7、吸盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，包括实木主体盒、平晶托盘2、平晶3、平晶保护罩4、干涉光源、CCD传感器、万向调节支架5和计算机6。立体结构示意图如图1所示。

实木主体盒的结构如图2和图3，实木主体盒包括底座1.1、左侧板1.2、右侧板1.3、后侧板1.4和上板1.5，底座1.1、左侧板1.2、右侧板1.3、后侧板1.4和上板1.5共同构成一个腔，该腔的前部与外界相通。左侧板1.2、右侧板1.3和后侧板1.4均安装在底座1.1上，上板1.5安装在左侧板1.2、右侧板1.3和后侧板1.4上，底座1.1上表面上设有平面镜1.6，后侧板1.4上设有毛玻璃1.7，左侧板1.2、右侧板1.3和上板1.5的内表面上均设置有黑色遮光层，黑色遮光层可以是黑色遮光布也可以是黑色遮光纸1.8等，本实施方式中采用黑色遮光纸1.8，黑色遮光纸1.8粘贴在左侧板1.2、右侧板1.3和上板1.5的内表面上。平面镜1.6、毛玻璃1.7和黑色遮光层均设置在腔内。上板1.5上开设有槽孔1.51，用于安装平晶托盘2，槽孔1.51的形状和大小与平晶托盘2相匹配。

平晶托盘2安装在槽孔1.51上。平晶托盘2的结构图如图4和图5所示，平晶托盘2的平晶3放置处设计成平晶3内嵌式，平晶3包裹放置在平晶托盘2内，以保护平晶3。平晶3放置在平晶托盘2上，平晶3用于放置待检测零件，平晶托盘2上的平晶3可更换，可根据待检测零件更换平晶3，具体为通过吸盘7拿取更换平晶3，如图5。平晶保护罩4连接底座1.1，可以连接底座1.1的后侧板1.4或上侧板，通过合页连接。平晶保护罩4用于在不使用平晶3时闭合并罩在平晶3上以更好的保护平晶3，可以减少灰尘对平晶3表面的污染。平晶保护罩4的结构如图6和图7所示。

干涉光源安装实木主体盒内，可安装在底座1.1、左侧板1.2、右侧板1.3或后侧板1.4上。干涉光源能进行上下调节，本实施方式中干涉光源选用单色光源钠光灯。底座1.1上可设有抽屉和门，通过门进行干涉光源的更换、安装和调节，操作方便。抽屉用于储物，例如吸盘7和无尘布、酒精等。干涉光源发射的光经毛玻璃1.7散射照射到平晶3和待检测零件上形成干涉条纹，所形成的干涉条纹经平面镜1.6反射照射到CCD传感器上。

CCD传感器用于拍摄干涉条纹图像，CCD传感器连接计算机6，CCD传感器将拍摄干涉条纹图像发送至计算机6，计算机6接收CCD传感器发送的干涉条纹图像并显示接收到的干涉条纹图像，本实施方式中CCD传感器选用高保真CCD传感器。CCD传感器连接万向调节支架5，万向调节支架5用于支撑CCD传感器，万向调节支架5可设置在实木主体盒上或位于实木主体盒的旁边，需要起到支撑作用并使CCD传感器能拍摄到较清晰的干涉条纹图像。万向调节支架5的具体结构如图8所示，包括支架底座5.1、连接支架底座5.1的主支撑杆5.2、连接主支撑杆5.2的高度调节夹箍5.3和连接高度调节夹箍5.3的方向调节夹箍5.4，高度调节夹箍5.3和方向调节夹箍5.4连接CCD传感器，高度调节夹箍5.3和方向调节夹箍5.4共同实现CCD传感器的万向调节。

将平晶托盘2置于实木主体盒上，操作过程中，平稳放置平晶3，并擦拭干净平晶3表面，擦拭零件使其表面无灰尘，打开计算机6、高保真CCD传感器和干涉光源，实木主体盒内的干涉光源通过毛玻璃1.7均匀散射至整个腔内，将待检测零件轻柔放置于平晶3上，通过万向调节支架5调整CCD传感器取像位置、角度，调节CCD传感器焦距，使干涉条纹清晰的呈现在计算机6屏幕中。读取干涉条纹图像，得到测量结果。

本发明的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置利用航空件被测零件表面与平晶3接触呈现干涉条纹、并通过CCD传感器得到高对比度干涉条纹的工作原理，极大地提高了航空件超高精度端面平面度检测效率。通过采用实木主体盒内置黑色遮光层，提高光源聚拢性，将反射光对测量效果的影响降至最低，增加了测量结果的准确度。通过采用毛玻璃1.7使干涉光源通过散射作用在待检测零件上，利于观察干涉条纹。平晶3可更换大小，根据零件大小更换平晶3能够起到精益生产的作用。本发明创新性的在成像区域增加CCD传感器，使用万向调节支架5，使干涉条纹清晰的通过CCD传感器呈现在计算机6屏幕上，量化测量结果，弥补了平晶3检测平面度时测量结果难以高效准确读取的缺陷，提高测量精度，做到测量结果高效和量化，提高零件检测效率和准确度，最终满足航天产品的质量需求。

使用一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置的检测方法，包括如下步骤：

S1、用无尘布沾酒精擦拭待检测零件、擦拭平晶3上表面至干净光洁；干净光洁为不影响干涉条纹的观看，尤其是待测试零件的待测面。

S2、待检测零件与平晶3上表面相贴合，即将待测试零件的待测面和平晶3的上表面以微小角度逐渐贴合。

S3、打开干涉光源、CCD传感器和计算机6，干涉光源发射的光经经毛玻璃1.7散射后照射到平晶3和待检测零件上形成干涉条纹，干涉条纹经平面镜1.6反射后照射到CCD传感器上、通过万向调节支架5调节CCD传感器的拍摄位置和拍摄方向使CCD传感器拍摄到清晰的干涉条纹图像，CCD传感器将干涉条纹图像发送至计算机6，计算机6接收并显示干涉条纹图像。

S4、观察计算机6显示的干涉条纹图像；显示的干涉条纹图像为通过该干涉条纹图像能够看出干涉条纹的弯曲度与条纹宽的比值关系。例如图9，待检测零件被侧面为内凹或外凸，出现环形干涉条纹，若干涉条纹为环形干涉条纹，则调节平晶3的位置，通过计算机6的显示观察，在干涉条纹数达到最少时停止调节平晶3。图10也为一种干涉条纹图。

平晶3检测平面度误差，为用平晶3以一定的倾角与待检测零件相接触，在单色光下，在平晶3上可见到连续的明暗相间的干涉条纹；在自然光下，则可见彩虹色的干涉条纹。推荐使用单色光，即干涉光源选用单色光源，因其所得到的干涉条纹比较清晰，易于观察。根据所得的干涉条纹的形状，可以判断待检测零件的平面度误差的大小。干涉条纹都是成组出现的，单色光下，一黑一白为一组，自然光下，则红橙黄绿青蓝紫为一组。

S5、读取干涉条纹中颜色相同的干涉条纹的数量，通过干涉条纹的数量确定平面度误差，待检测零件检测完成；

具体为按公式计算平面度误差，式中n表示颜色相同的干涉条纹的数量、λ表示干涉光源发射的光的波长、f'表示平面度误差。

n的读取原则是以干涉条纹的条纹色泽为准，读取色泽相同的条纹数。以在白光下为例，其λ＝0.6μm，若不出现1条以上相同颜色的干涉条纹，则平面度误差小于等于0.3μm(按JJG 21-2008千分尺)；在白光下的“1条以上相同颜色的干涉条纹”是指在自然光下，存在任一颜色的干涉条纹超过了1条。当存在多条干涉条纹时，可参照图11环形零件干涉条纹主要参考图谱判读n的值，图11中每个圆环的干涉条纹数通过依据穿过圆环上的直线所相交的环数确定，第一纵列中均n＝1，第二纵列中均为n＝2，第三纵列中均为n＝3。

S6、取走检测完成的待检测零件，整理平晶3上表面。

S7、盖上平晶保护罩4。

上述的干涉法在零件呈现多条干涉条纹时，也能得到精确测量结果，检测效率和测量准确度都很高，同时操作简便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，其特征在于，包括：

实木主体盒，包括底座(1.1)、左侧板(1.2)、右侧板(1.3)、后侧板(1.4)和上板(1.5)，所述左侧板(1.2)、右侧板(1.3)和后侧板(1.4)均安装在底座(1.1)上，上板(1.5)安装在左侧板(1.2)、右侧板(1.3)和后侧板(1.4)上，底座(1.1)上表面上设有平面镜(1.6)，后侧板(1.4)上设有毛玻璃(1.7)，左侧板(1.2)、右侧板(1.3)和上板(1.5)的内表面上均设置有黑色遮光层，上板(1.5)上开设有槽孔(1.51)；

安装在槽孔(1.51)上的平晶托盘(2)；

可更换的放置在平晶托盘(2)上的平晶(3)，所述平晶(3)用于放置待检测零件；

安装实木主体盒内的干涉光源，所述干涉光源发射的光经毛玻璃(1.7)散射到平晶(3)和待检测零件上形成干涉条纹、所述平面镜(1.6)反射干涉条纹；

用于拍摄并发送平面镜(1.6)反射的干涉条纹图像的CCD传感器；

连接且支撑CCD传感器的万向调节支架(5)；

和连接CCD传感器的计算机(6)，所述计算机(6)用于接收与显示CCD传感器发送的干涉条纹图像。

2.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述成像装置还包括连接实木主体盒的平晶保护罩(4)，用于罩在平晶(3)上。

3.如权利要求2所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述平晶保护罩(4)通过合页和实木主体盒连接。

4.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述干涉光源为钠光灯，所述钠光灯能上下调节。

5.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述黑色遮光层为黑色遮光纸(1.8)，所述黑色遮光纸(1.8)粘贴在左侧板(1.2)、右侧板(1.3)和上板(1.5)的内表面上。

6.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述万向调节支架(5)包括支架底座(5.1)、连接支架底座(5.1)的主支撑杆(5.2)、连接主支撑杆(5.2)的高度调节夹箍(5.3)和连接高度调节夹箍(5.3)的方向调节夹箍(5.4)，所述高度调节夹箍(5.3)和方向调节夹箍(5.4)连接CCD传感器。

7.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述平晶(3)嵌在平晶托盘(2)内，平晶(3)通过吸盘(7)更换。

8.如权利要求1所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置，所述底座(1.1)上设有用于储物的抽屉和用于安装调整更换干涉光源的门。

9.使用如权利要求1至8中任意一项所述的一种航空件超高精度端面平面度检测成像装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、用无尘布沾酒精擦拭待检测零件与平晶(3)上表面至干净光洁；

S2、待检测零件与平晶(3)上表面相贴合；

S3、打开干涉光源、CCD传感器和计算机(6)，干涉光源发射的光经毛玻璃(1.7)散射照射到平晶(3)和待检测零件上、形成干涉条纹、干涉条纹经平面镜(1.6)反射到CCD传感器上，通过万向调节支架(5)调节CCD传感器的拍摄位置和拍摄方向使CCD传感器拍摄到干涉条纹图像，CCD传感器将干涉条纹图像发送至计算机(6)，计算机(6)接收并显示干涉条纹图像；

安装实木主体盒内的干涉光源，所述干涉光源发射的光经毛玻璃(1.7)散射到平晶(3)和待检测零件上形成干涉条纹、所述平面镜(1.6)反射干涉条纹；

用于拍摄并发送平面镜(1.6)反射的干涉条纹图像的CCD传感器；

S4、观察计算机(6)显示的干涉条纹图像，从所述干涉条纹图像能够看出干涉条纹的弯曲度与条纹宽的比值关系；若干涉条纹为环形干涉条纹，则调节平晶(3)的位置，使环形干涉条纹的干涉条纹数达到最少；

S5、读取干涉条纹中颜色相同的干涉条纹的数量，通过干涉条纹的数量确定平面度误差，待检测零件检测完成；

S6、取走检测完成的待检测零件，整理平晶(3)上表面。

10.权利要求9所述的检测方法，其特征在于，S5中所述平面度误差的确定的具体为：根据公式计算平面度误差，其中n表示颜色相同的干涉条纹的数量、λ表示干涉光源发射的光的波长、f'表示平面度误差。