CN110030945A - 一种异形球形零件的快速球径球度检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，涉及光学干涉法球径球度的检测领域；包括待测异形球形零件、基准光学玻璃板、光源系统、图像处理系统和显示器；其中，光源系统与图像处理系统的输入端对接；图像处理系统的输出端与显示器连通；光源系统为中空柱状结构；基准光学玻璃板的轴向尾端伸入光源系统内部；基准光学玻璃板的轴向头端伸入待测异形球形零件内部，且与待测异形球形零件的内壁接触；本发明实现了对异形球形零件球径球度的方便、直观、快速地检测，极大地提高了检测效率。

Description

一种异形球形零件的快速球径球度检测系统
技术领域
本发明涉及一种光学干涉法球径球度的检测领域，特别是一种异形球形零件的快速球径球度检测系统。
背景技术
目前，微米及亚微米级的高精度异形球形零件的生产效率较低，原因之一是其研抛过程中的球径和球度检测效率低。工程上一般采用高精度三坐标仪和圆度仪进行球径和球度的检测，这种检测方法有以下几方面的弊端：1.被检测零件需送往这些高精度设备处检测，转运和等待时间长；2.检测结果为近似值，因零件精度要求已接近设备精度，且检测为多点拟合法；3.检测过程时间长，大量占用设备资源；4.需依赖专业技能人员才能完成。显然，该种检测方法过程繁琐、耗时长、效率低，极大地制约了生产效率的提升。除此之外，传统光学样板检测装置无法对内部或外部有干涉的异形球形零件进行检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，实现了对异形球形零件球径球度的方便、直观、快速地检测，极大地提高了检测效率。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，包括待测异形球形零件、基准光学玻璃板、光源系统、图像处理系统和显示器；其中，光源系统与图像处理系统的输入端对接；图像处理系统的输出端与显示器连通；光源系统为中空柱状结构；基准光学玻璃板的轴向尾端伸入光源系统内部；基准光学玻璃板的轴向头端伸入待测异形球形零件内部，且与待测异形球形零件的内壁接触。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述的待测异形球形零件包括球罩和支撑柱；其中，球罩为中空半球形罩体结构；支撑柱为柱体结构；且支撑柱穿过球罩的中心；球罩的壁厚为1.8-2.2mm；球罩的内径为28-32mm；支撑柱的直径为2-5mm；轴向长度为20-30mm。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述基准光学玻璃板包括光学棱镜、弧状玻璃板、光学胶黏剂和测柄；其中，光学棱镜为等腰三棱柱结构；弧状玻璃板固定设置在光学棱镜其中一条直角边侧壁上；弧状玻璃板与光学棱镜之间通过光学胶黏剂粘接固定；测柄的轴向一端与光学棱镜另一条直角边侧壁对接；测柄与光学棱镜之间通过光学胶黏剂粘接固定；测柄的轴向另一端伸入光源系统。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述光学棱镜的直角边长为14-15mm；光学棱镜采用熔融石英玻璃材料。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述光学胶黏剂的折射率为1.543；透光率大于90.8％；固化收缩率为2％；光学胶黏剂的涂抹厚度为0.48-0.52mm。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，弧状玻璃板采用熔融石英玻璃材料；弧状玻璃板的平面半径r1为29-31mm；弧状玻璃板的弧面半径r2为29-31mm；弧状玻璃板的弧面外壁与待测异形球形零件的内壁接触。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述测柄为截面为T字型的柱状结构；测柄的大径端与光学棱镜对接；测柄大径端的直径为13-14mm，轴向长度为5-7mm；测柄小径端的直径为10-11mm；小径端的轴向长度为30-34mm。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述光源系统内壁螺旋设置有激光光纤光源；激光光纤光源为单色光源，波长为0.54μm。
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述球径球度的检测方法为：
步骤一、将弧状玻璃板的弧面外壁与待测异形球形零件的内壁接触；在光源系统的照射下，产生干涉圆弧条纹图像；并将干涉圆弧条纹图像传输至图像处理系统；
步骤二、图像处理系统在干涉圆弧条纹图像进行灰度化处理，并在处理后图像的水平中心处截取一条细长区域；再将细长区域平均分为160-190个小区域；
步骤三、依次测量各小区域的灰度值；将连续小区域的灰度值绘制成连续波形曲线；
步骤四、通过连续波形曲线，查出曲线的波峰数M和波谷数N，计算光圈数a；M为正整数；N为正整数；
在上述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，所述步骤五中，待测异形球形零件的半径r3的计算方法为：
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了基准光学玻璃样板7，提高了被测零件的球径检测精度；
(2)本发明采用了光学棱镜6，实现了异形球形零件1的球径球度测量；
(3)本发明采用了灰度化后绘制曲线的方式计算光圈数，提高了明暗光圈数的计算速率；
(4)本发明通过快速拆换具有特殊结构的光学样板玻璃，可实现不同球径的异形球形零件的球径、球度快速检测，进而极大地提高了不同球径被测零件的检测效率。
附图说明
图1为本发明检测系统示意图；
图2为本发明基准光学玻璃板结构示意图；
图3为本发明灰度化处理后干涉圆弧条纹图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，在基于光学干涉原理前提下，使用光学棱镜将干涉条纹全反射回光路中去，通过判读光学样板球(或球碗)与被测零件之间干涉条纹的数量和形状方法检测球径球度技术的基础上，通过快速改换光源系统前端的具有特殊结构的标准光学玻璃样板，使该装置试用于异形球形零件，进而由成像系统采集干涉条纹，经图像处理计算后，由显示器输出被测零件的球径球度值及其简化后的干涉条纹图形。实现了不同球径被测零件方便、直观、快速地检测，极大地提高了检测效率。
如图1所示为检测系统示意图，由图可知，一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，包括待测异形球形零件1、基准光学玻璃板2、光源系统3、图像处理系统4和显示器5；其中，光源系统3与图像处理系统4的输入端对接；图像处理系统4的输出端与显示器5连通；光源系统3为中空柱状结构；基准光学玻璃板2的轴向尾端伸入光源系统3内部；基准光学玻璃板2的轴向头端伸入待测异形球形零件1内部，且与待测异形球形零件1的内壁接触。
待测异形球形零件1包括球罩11和支撑柱12；其中，球罩11为中空半球形罩体结构；支撑柱12为柱体结构；且支撑柱12穿过球罩11的中心；球罩11的壁厚为1.8-2.2mm；球罩11的内径为28-32mm；支撑柱12的直径为2-5mm；轴向长度为20-30mm。由于中间支撑柱12的存在，无法使用传统的光学样板无法进行测量。
如图2所示为基准光学玻璃板结构示意图，由图可知，基准光学玻璃板2包括光学棱镜6、弧状玻璃板7、光学胶黏剂8和测柄9；其中，光学棱镜6为等腰三棱柱结构；弧状玻璃板7固定设置在光学棱镜6其中一条直角边侧壁上；弧状玻璃板7与光学棱镜6之间通过光学胶黏剂8粘接固定；测柄9的轴向一端与光学棱镜6另一条直角边侧壁对接；测柄9与光学棱镜6之间通过光学胶黏剂8粘接固定；测柄9的轴向另一端伸入光源系统3。
光学棱镜6的直角边长为14-15mm；光学棱镜6采用熔融石英玻璃材料。光学胶黏剂8的折射率为1.543；透光率大于90.8％；固化收缩率为2％；光学胶黏剂8的涂抹厚度为0.48-0.52mm。弧状玻璃板7采用熔融石英玻璃材料；弧状玻璃板7的平面半径r1为29-31mm；弧状玻璃板7的弧面半径r2为29-31mm；弧状玻璃板7的弧面外壁与待测异形球形零件1的内壁接触。测柄9为截面为T字型的柱状结构；测柄9的大径端与光学棱镜6对接；测柄9大径端的直径为13-14mm，轴向长度为5-7mm；测柄9小径端的直径为10-11mm；小径端的轴向长度为30-34mm。
光源系统3内壁螺旋设置有激光光纤光源；激光光纤光源为单色光源，波长为0.54μm。
如图3所示为灰度化处理后干涉圆弧条纹图像，由图可知，所述球径球度的检测方法为：
步骤一、通电后，光源系统3发出单色光，为基准光学玻璃板2提供单色光照明；将弧状玻璃板7的弧面外壁与待测异形球形零件1的内壁接触；在光源系统3的照射下，因二者球径差，产生干涉圆弧条纹图像；并将干涉圆弧条纹图像传输至图像处理系统4；
步骤二、如图3所示为灰度化处理后干涉圆弧条纹图像，由图可知，图像处理系统4在干涉圆弧条纹图像进行灰度化处理，并在处理后图像的水平中心处截取一条细长区域；再将细长区域平均分为160-190个小区域；
步骤三、依次测量各小区域的灰度值；将连续小区域的灰度值绘制成连续波形曲线；
步骤四、通过连续波形曲线，查出曲线的波峰数M和波谷数N，计算光圈数a；M为正整数；N为正整数；
步骤五、计算待测异形球形零件1的半径r3；待测异形球形零件1的半径r3的计算方法为：
在显示器5中显示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：包括待测异形球形零件(1)、基准光学玻璃板(2)、光源系统(3)、图像处理系统(4)和显示器(5)；其中，光源系统(3)与图像处理系统(4)的输入端对接；图像处理系统(4)的输出端与显示器(5)连通；光源系统(3)为中空柱状结构；基准光学玻璃板(2)的轴向尾端伸入光源系统(3)内部；基准光学玻璃板(2)的轴向头端伸入待测异形球形零件(1)内部，且与待测异形球形零件(1)的内壁接触。
2.根据权利要求1所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述的待测异形球形零件(1)包括球罩(11)和支撑柱(12)；其中，球罩(11)为中空半球形罩体结构；支撑柱(12)为柱体结构；且支撑柱(12)穿过球罩(11)的中心；球罩(11)的壁厚为1.8-2.2mm；球罩(11)的内径为28-32mm；支撑柱(12)的直径为2-5mm；轴向长度为20-30mm。
3.根据权利要求2所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述基准光学玻璃板(2)包括光学棱镜(6)、弧状玻璃板(7)、光学胶黏剂(8)和测柄(9)；其中，光学棱镜(6)为等腰三棱柱结构；弧状玻璃板(7)固定设置在光学棱镜(6)其中一条直角边侧壁上；弧状玻璃板(7)与光学棱镜(6)之间通过光学胶黏剂(8)粘接固定；测柄(9)的轴向一端与光学棱镜(6)另一条直角边侧壁对接；测柄(9)与光学棱镜(6)之间通过光学胶黏剂(8)粘接固定；测柄(9)的轴向另一端伸入光源系统(3)。
4.根据权利要求3所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述光学棱镜(6)的直角边长为14-15mm；光学棱镜(6)采用熔融石英玻璃材料。
5.根据权利要求4所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述光学胶黏剂(8)的折射率为1.543；透光率大于90.8％；固化收缩率为2％；光学胶黏剂(8)的涂抹厚度为0.48-0.52mm。
6.根据权利要求5所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：弧状玻璃板(7)采用熔融石英玻璃材料；弧状玻璃板(7)的平面半径r1为29-31mm；弧状玻璃板(7)的弧面半径r2为29-31mm；弧状玻璃板(7)的弧面外壁与待测异形球形零件(1)的内壁接触。
7.根据权利要求6所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述测柄(9)为截面为T字型的柱状结构；测柄(9)的大径端与光学棱镜(6)对接；测柄(9)大径端的直径为13-14mm，轴向长度为5-7mm；测柄(9)小径端的直径为10-11mm；小径端的轴向长度为30-34mm。
8.根据权利要求7所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述光源系统(3)内壁螺旋设置有激光光纤光源；激光光纤光源为单色光源，波长为0.54μm。
9.根据权利要求8所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述球径球度的检测方法为：
步骤一、将弧状玻璃板(7)的弧面外壁与待测异形球形零件(1)的内壁接触；在光源系统(3)的照射下，产生干涉圆弧条纹图像；并将干涉圆弧条纹图像传输至图像处理系统(4)；
步骤二、图像处理系统(4)在干涉圆弧条纹图像进行灰度化处理，并在处理后图像的水平中心处截取一条细长区域；再将细长区域平均分为160-190个小区域；
步骤三、依次测量各小区域的灰度值；将连续小区域的灰度值绘制成连续波形曲线；
步骤四、通过连续波形曲线，查出曲线的波峰数M和波谷数N，计算光圈数a；M为正整数；N为正整数；
步骤五、计算待测异形球形零件(1)的半径r3；在显示器(5)中显示。
10.根据权利要求9所述的一种异形球形零件的快速球径球度检测系统，其特征在于：所述步骤五中，待测异形球形零件(1)的半径r3的计算方法为：
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