CN110470250A - 一种零件表面平面度的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零件表面平面度的检测装置及检测方法，工作台上安装有水平导轨和驱动机构，导轨上安装有卡紧标准样块或被测零件的多爪卡盘，驱动机构驱动导轨在工作台上运动；支架上安装有双狭缝干涉成像系统、光学成像传感器和两个可调光源，双狭缝干涉成像系统位于多爪卡盘的正上方，光学成像传感器获取标准样块或被测零件的干涉条纹图像，两个可调光源位于双狭缝干涉成像系统的两侧；图像处理系统与光学成像传感器相连，对标准样块和被测零件的干涉条纹图像进行处理，得到标准干涉条纹图谱和被测干涉条纹图谱；计算被测干涉条纹图谱与标准干涉条纹图谱之间的偏差量，得到被测零件的表面平面度。本发明高精度、快速的完成零件表面平面度检测。

Description

一种零件表面平面度的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及平面度检测技术领域，具体涉及一种零件表面平面度的检测装置及检测方法。

背景技术

随着技术进步，对各种零件加工精度、效率要求越来越高，同时对零件检测速度也提出了更高的要求；现有形位公差的检测，如平面度检测大多采用手工检测，效率低下，已成为零件检测的瓶颈，这就需要一种零件表面平面度的在线快速检测装置来满足企业的要求。

随着自动控制系统、图像处理技术日益成熟和普及，构成自动控制系统的各要件精度、可靠性日益提高，已能很好的满足高精度运动控制的要求，为零件在检测装置中准确输送提供了保证。

随着微电子技术发展，CCD器件和COMS器件有效像素数快速增加，很多可达数千万像素，对于小型零件，光学成像传感器成像测量精度可达0.001毫米，甚至更高精度。另外，现在计算机运行速度很快，对于数千万像素的图像只需零点几秒即可完成图像处理和尺寸输出判别，这就为零件平面度快速测量提供了保证。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种零件表面平面度的检测装置及检测方法。

本发明公开了一种零件表面平面度的检测装置，包括：工作台、支架和图像处理系统；

所述工作台上安装有水平导轨和驱动机构，所述导轨上安装有用于水平卡紧标准样块或被测零件的多爪卡盘，所述驱动机构用于驱动所述导轨在所述工作台上运动；

所述支架上安装有双狭缝干涉成像系统、光学成像传感器和两个可调光源，所述双狭缝干涉成像系统位于所述多爪卡盘的正上方且双狭缝板水平，所述光学成像传感器用于获取所述标准样块或被测零件经所述双狭缝干涉成像系统后的干涉条纹图像；两个所述可调光源位于所述双狭缝干涉成像系统的两侧，用于调整光源照射角度，以适应不同被测零件照明的需求；

所述图像处理系统与所述光学成像传感器相连，用于对所述标准样块和被测零件的干涉条纹图像进行处理，得到标准干涉条纹图谱和被测干涉条纹图谱；计算所述被测干涉条纹图谱与所述标准干涉条纹图谱之间的偏差量，得到所述被测零件的表面平面度。

作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括伺服电机和传动箱；

所述伺服电机的输出轴与所述传动箱相连，所述传动箱的输出轴与所述导轨的驱动传动轴相连。

作为本发明的进一步改进，还包括控制台；

所述控制台上安装有伺服控制系统和显示系统，所述伺服控制系统用于接收用户设置、伺服电机控制和显示系统控制，所述显示系统用于与用户交互信息、显示零件的平面度。

作为本发明的进一步改进，所述支架安装在所述工作台上。

作为本发明的进一步改进，所述光学成像传感器为可见光成像器。

本发明还公开了一种零件表面平面度的检测方法，包括：

将所述标准样块卡紧在所述多爪卡盘上，开启所述驱动机构使所述标准样块运动至所述双狭缝干涉成像系统的正下方；测量所述标准样块被测面到双狭缝板的距离，作为基础数据输入所述图像处理系统中；调整并测量所述可调光源，获取光源照射角度，作为基础数据输入所述图像处理系统中；所述光学成像传感器获取所述标准样块的干涉条纹图像，输入到所述图像处理系统中；所述图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成标准干涉条纹图谱，完成系统标定；

将所述标准样块卸下，换成所述被测零件；开启所述驱动机构使所述被测零件运动至所述双狭缝干涉成像系统的正下方；测量所述被测零件被测面到双狭缝板的距离；调整并测量所述可调光源，获取光源照射角度；将距离数据和光源角度数据输入所述图像处理系统中，所述图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成被测干涉条纹图谱；

将所述被测干涉条纹图谱与所述图像处理系统中的所述标准干涉条纹图谱进行比较，按正态分布概型进行处理，得到75％处的偏差值，与标准样块平面度相加，得到零件被测面的平面度。

作为本发明的进一步改进，在检测前，

用标准光源照射所述双狭缝干涉成像系统，调整所述双狭缝干涉成像系统的镜头组中各镜片相对位置和所述光学成像传感器的位置，以确保所述光学成像传感器获得清晰准确的干涉条纹图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过将光学成像传感器、图像处理系统、线光源、双狭缝干涉成像系统融合在一起，构成一种零件表面平面度的在线快速检测装置及检测方法；可高精度、快速的完成零件表面平面度检测。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的零件表面平面度的检测装置的结构示意图。

图中：

1、工作台；2、伺服电机；3、传动箱；4、导轨；5、多爪卡盘；6、标准样块；7、可调光源；8、双狭缝干涉成像系统；9、光学成像传感器；10、支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种零件表面平面度的检测装置，可在线、高精度、快速的完成零件平面度检测；包括：工作台1、伺服电机2、传动箱3、导轨4、多爪卡盘5、可调光源7、双狭缝干涉成像系统8、光学成像传感器9、支架10、图像处理系统和控制台；其中：

本发明的工作台1上安装有水平导轨4和驱动机构，导轨4上安装有用于水平卡紧标准样块或被测零件的多爪卡盘5，驱动机构用于驱动导轨在工作台上运动，从而带动多爪卡盘5上的标准样块6或被测零件运动至双狭缝干涉成像系统8的正下方。具体的：本发明的驱动机构包括伺服电机2和传动箱3，伺服电机2的输出轴与传动箱3相连，伺服电机2和传动箱3连接在一起后装于工作台1内。本发明的导轨4装于工作台1上，调整导轨4以确保水平，并用水平仪检验；将导轨4的驱动传动轴与传动箱3的输出轴通过联轴器连接在一起，确保连接可靠；将多爪卡盘5装于导轨4上，调整多爪卡盘5，使卡盘爪运动灵活、同心，确保多爪卡盘5水平；检查多爪卡盘5与导轨4连接，确保连接可靠。

本发明的支架10上安装有双狭缝干涉成像系统8、光学成像传感器9和两个可调光源7，光学成像传感器9可为可见光成像器；双狭缝干涉成像系统8位于多爪卡盘5的正上方且双狭缝干涉成像系统8的双狭缝板水平，光学成像传感器9用于获取标准样块6或被测零件经双狭缝干涉成像系统8后的干涉条纹图像；两个可调光源7位于双狭缝干涉成像系统的两侧，用于调整光源照射角度(35°和55°范围可灵活调整)，以适应不同被测零件照明的需求。具体的：本发明的支架10安装支架装于工作台1上，确保连接可靠；调整安装支架10，保证双狭缝干涉成像系统8安装面水平；将定制的双狭缝干涉成像系统8和光学成像传感器9装配在一起，用标准光源照射双狭缝干涉成像系统8，调整双狭缝干涉成像系统8的镜头组中各镜片相对位置和光学成像传感器9的位置，以确保光学成像传感器9获得清晰准确的干涉条纹图像。

本发明的图像处理系统与光学成像传感器相连，用于对标准样块和被测零件的干涉条纹图像进行处理，得到标准干涉条纹图谱和被测干涉条纹图谱；计算被测干涉条纹图谱与标准干涉条纹图谱之间的偏差量，得到被测零件的表面平面度；其中，干涉条纹图像的具体处理方法为：对每一张干涉条纹图像进行归一化处理、图像增强处理、图像降噪处理，获得适宜识别的中间过程图像，在对此图像进行边缘提取、边缘识别、获得准确轮廓，并以整个图像的中心点建立直角坐标系，对轮廓线上每个像素点标记坐标值，并与标准干涉条纹图谱进行比较，得到被测零件的干涉条纹个点相对标准干涉条纹图谱的偏差量，从而得到被测零件相应点相对理论值的偏差量，计算出零件表面的平面度。

本发明的控制台上安装有伺服控制系统和显示系统，伺服控制系统用于接收用户设置、伺服电机控制和显示系统控制，显示系统用于与用户交互信息、显示零件的平面度等。

本发明提供一种零件表面平面度的检测方法，包括：

S1、将伺服电机2的控制信号线和电源线与控制台中的伺服控制系统连接在一起；将光学成像传感器9的输出信号线和电源线与图像处理系统(图中未示出)连接在一起；通电检测，以确保连接正确。

S2、将标准样块6卡紧在多爪卡盘5上，开启驱动机构使标准样块6运动至双狭缝干涉成像系统的正下方；测量标准样块6被测面到双狭缝板的距离，作为基础数据输入图像处理系统中；调整并测量可调光源7，获取光源照射角度，作为基础数据输入图像处理系统中；光学成像传感器9获取标准样块的干涉条纹图像，输入到图像处理系统中；图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成标准干涉条纹图谱，完成系统标定；

S3、将标准样块6卸下，换成被测零件；开启驱动机构使被测零件运动至双狭缝干涉成像系统8的正下方；测量被测零件被测面到双狭缝板的距离；调整并测量可调光源7，获取光源照射角度；将距离数据和光源角度数据输入图像处理系统中，图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成被测干涉条纹图谱；

S4、将被测干涉条纹图谱与图像处理系统中的标准干涉条纹图谱进行比较，按正态分布概型进行处理，得到75％处的偏差值，与标准样块平面度相加，得到零件被测面的平面度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种零件表面平面度的检测装置，其特征在于，包括：工作台、支架和图像处理系统；

所述工作台上安装有水平导轨和驱动机构，所述导轨上安装有用于水平卡紧标准样块或被测零件的多爪卡盘，所述驱动机构用于驱动所述导轨在所述工作台上运动；

所述支架上安装有双狭缝干涉成像系统、光学成像传感器和两个可调光源，所述双狭缝干涉成像系统位于所述多爪卡盘的正上方且双狭缝板水平，所述光学成像传感器用于获取所述标准样块或被测零件经所述双狭缝干涉成像系统后的干涉条纹图像；两个所述可调光源位于所述双狭缝干涉成像系统的两侧，用于调整光源照射角度，以适应不同被测零件照明的需求；

所述图像处理系统与所述光学成像传感器相连，用于对所述标准样块和被测零件的干涉条纹图像进行处理，得到标准干涉条纹图谱和被测干涉条纹图谱；计算所述被测干涉条纹图谱与所述标准干涉条纹图谱之间的偏差量，得到所述被测零件的表面平面度。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述驱动机构包括伺服电机和传动箱；

所述伺服电机的输出轴与所述传动箱相连，所述传动箱的输出轴与所述导轨的驱动传动轴相连。

3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，还包括控制台；

所述控制台上安装有伺服控制系统和显示系统，所述伺服控制系统用于接收用户设置、伺服电机控制和显示系统控制，所述显示系统用于与用户交互信息、显示零件的平面度。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述支架安装在所述工作台上。

5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光学成像传感器为可见光成像器。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的检测装置的零件表面平面度的检测方法，其特征在于，包括：

将所述标准样块卡紧在所述多爪卡盘上，开启所述驱动机构使所述标准样块运动至所述双狭缝干涉成像系统的正下方；测量所述标准样块被测面到双狭缝板的距离，作为基础数据输入所述图像处理系统中；调整并测量所述可调光源，获取光源照射角度，作为基础数据输入所述图像处理系统中；所述光学成像传感器获取所述标准样块的干涉条纹图像，输入到所述图像处理系统中；所述图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成标准干涉条纹图谱，完成系统标定；

将所述标准样块卸下，换成所述被测零件；开启所述驱动机构使所述被测零件运动至所述双狭缝干涉成像系统的正下方；测量所述被测零件被测面到双狭缝板的距离；调整并测量所述可调光源，获取光源照射角度；将距离数据和光源角度数据输入所述图像处理系统中，所述图像处理系统解算出干涉条纹各条纹的边界线，并解算出各条纹边界线间距离，生成被测干涉条纹图谱；

将所述被测干涉条纹图谱与所述图像处理系统中的所述标准干涉条纹图谱进行比较，按正态分布概型进行处理，得到75％处的偏差值，与标准样块平面度相加，得到零件被测面的平面度。

7.如权利要求6所述的检测方法，其特征在于，在检测前，

用标准光源照射所述双狭缝干涉成像系统，调整所述双狭缝干涉成像系统的镜头组中各镜片相对位置和所述光学成像传感器的位置，以确保所述光学成像传感器获得清晰准确的干涉条纹图像。