CN110879044A - 工件曲翘变形检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种工件曲翘变形检测装置及检测方法，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，激光敏感元件、前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接。通过工件曲翘变形检测装置实现对工件曲翘变形程度的检测，避免了人工的主观判断，同时通过信号处理模块，极大地避免了环境光对检测结果的干扰，即使环境光直接照射激光光敏元件，对工件的曲翘变形检测结果仍无影响，使检测结果更准确。

Description

工件曲翘变形检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及异形结构工件筛选技术领域，更具体地，涉及工件曲翘变形检测装置及检测方法。

背景技术

目前，各种工件在制作完成后会发生程度不一的曲翘变形，也即翘曲变形，特别是注塑类型的塑料品或轻薄型金属基板。可引起工件的曲翘变形的原因有多种，如注塑工件的冷却水路设计不合理，使产品不能在短时间内获得均匀的冷却；产品结构不对称导致收缩不均匀，导致各处收缩不一致；工件的角落效应，角落热量集中，收缩较大，带来弯曲变形。

在生产环节中，产品生产数量较大，而工件曲翘变形的检测方式以分为人工检测和自动检测，人工检测方法是将工件放置于检测平台，用具有一定厚度的平整薄钢尺插入工件底部，若能插入，则曲翘变形严重，工件检测不合格。自动检测以光学检测为主，通过采集漏光量判断曲翘变形程度。传统的工件曲翘变形检测方法的不足主要体现在以下几个方面：

1)采用人工检测方式时，容易受到检测人员的主观误判的影响，检测效率较低，异形结构的工件检测对检测人员的要求更高，且随着人工成本的逐步提高，该检测方式会产生较大的生产成本。

2)传统光学检测方法的光学检测元件在日光或室内照明光等环境光的影响，严重影响检测结果。光学检测元件不仅能接收到检测光束发出的光信号，同时也能接收到环境光信号，当有强烈的环境光照射时，很难分辨是环境光还是检测光束。

综上所述，传统的工件曲翘变形检测方法受人工主观影响、外界环境光影响较大。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种工件曲翘变形检测装置及检测方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种工件曲翘变形检测装置，其特征在于，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，

所述检测平台用于承载待检测工件，所述检测光源隔板竖直放置在所述待检测工件上；所述第一固定支架安装在所述检测光源隔板的第一面上，所述激光器安装在所述第一固定支架上；

所述激光器用于向所述检测光源隔板的底部发射检测光信号；所述平行光透镜设置在所述检测光源隔板的第一面一侧的传输光路上，所述平行光透镜用于将所述激光器发射的检测光信号转换为平行光信号；所述激光敏感元件用于在所述检测光源隔板的第二面一侧与所述激光器对称的位置上，接收所述底部下方的所述待检测工件反射的检测光信号，并将接收到的检测光信号转换为电流信号；

所述信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，所述激光敏感元件、所述前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接；所述前置放大电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述二级放大电路用于将所述电压信号进行放大，所述锁相放大电路用于去除所述二级放大电路的输出信号中的噪声信号，输出目标电压信号；所述比较电路用于将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并输出比较结果。

优选地，所述的工件曲翘变形检测装置，还包括：第二固定支架；

所述第二固定支架安装在所述检测光源隔板的第二面上，且所述第二固定支架与所述第一固定支架关于所述检测光源隔板对称；

所述激光敏感元件安装在所述第二固定支架上。

优选地，所述锁相放大电路具体包括：乘法器电路和低通滤波电路；

所述乘法器电路用于将所述二级放大电路的输出信号与参考信号进行乘法运算，所述低通滤波电路用于滤除所述乘法器电路的输出信号中的谐波分量，输出所述目标电压信号；

其中，所述参考信号与所述目标电压信号频率相同。

优选地，所述低通滤波电路的截止频率小于所述参考信号的最小谐波分量频率。

优选地，所述激光器具体为调制激光器。

优选地，所述的工件曲翘变形检测装置，还包括：控制器；

所述控制器与所述调制激光器连接；

所述控制器用于控制所述调制激光器发射的检测光信号的光斑大小或者所述调制激光器发射的检测光信号的频率。

优选地，所述控制器具体包括：现场可编程门阵列FPGA芯片及其外围电路，或者数字信号处理DSP芯片及其外围电路，或者ARM处理器及其外围电路。

优选地，所述信号处理模块还包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器；

所述第一电压跟随器和所述第二电压跟随器分别连接在所述二级放大电路的输入侧和输出侧，所述第三电压跟随器连接在所述锁相放大电路的输出侧，所述第三电压跟随器与所述比较电路连接。

优选地，所述标准电压信号与所述检测光源隔板的厚度一一对应。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于第一方面所述的工件曲翘变形检测装置实现的工件曲翘变形检测方法，包括：

获取激光敏感元件接收检测光信号后转换得到的电流信号；

将所述电流信号转换为电压信号并进行放大，并滤除放大后的电压信号中的噪声信号，确定目标电压信号；

将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并基于比较结果，确定待检测工件的曲翘变形程度。

本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置及检测方法，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，激光敏感元件、前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接。通过工件曲翘变形检测装置实现对工件曲翘变形程度的检测，避免了人工的主观判断，同时通过信号处理模块，极大地避免了环境光对检测结果的干扰，即使环境光直接照射激光光敏元件，对工件的曲翘变形检测结果仍无影响，使检测结果更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种工件曲翘变形检测装置在应用时待检测工件放置位置的结构示意图；

图2为图1中沿A-A的剖面图；

图3为本发明实施例提供的一种工件曲翘变形检测装置中信号处理模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种工件曲翘变形检测装置中包括控制器时的控制原理示意图；

图5为本发明实施例提供的一种工件曲翘变形检测方法的流程示意图。

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作出创造性劳动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。

在本发明实施例的描述中，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实施例和简化描述，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实施例的限制。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。

在本发明实施例的描述中，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实施例中的具体含义。

本发明实施例提供了一种工件曲翘变形检测装置，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，

所述检测平台用于承载待检测工件，所述检测光源隔板竖直放置在所述待检测工件上；所述第一固定支架安装在所述检测光源隔板的第一面上，所述激光器安装在所述第一固定支架上；

所述激光器用于向所述检测光源隔板的底部发射检测光信号；所述平行光透镜设置在所述检测光源隔板的第一面一侧的传输光路上，所述平行光透镜用于将所述激光器发射的检测光信号转换为平行光信号；所述激光敏感元件用于在所述检测光源隔板的第二面一侧与所述激光器对称的位置上，接收所述底部下方的所述待检测工件反射的检测光信号，并将接收到的检测光信号转换为电流信号；

所述信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，所述激光敏感元件、所述前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接；所述前置放大电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述二级放大电路用于将所述电压信号进行放大，所述锁相放大电路用于去除所述二级放大电路的输出信号中的噪声信号，输出目标电压信号；所述比较电路用于将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并输出比较结果。

具体地，本发明实施例中工件曲翘变形检测装置用于检测工件的曲翘变形程度。其中，曲翘变形，也即翘曲变形，是指各种工件在制作完成后发生的程度不一的形变。工件曲翘变形检测装置包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块。如图1所示，为本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置在应用时待检测工件放置位置的结构示意图。图1中检测平台1用于承载待检测工件2，检测光源隔板3竖直放置在待检测工件2上。根据待检测工件的曲翘变形程度，检测光源隔板3的底部与待检测工件2之间有一定间隙，间隙以待检测工件2平面的凹陷深度体现。凹陷深度越深，间隙越大，表示曲翘变形程度越严重。当间隙小于等于预设间隙时，曲翘变形程度可以被允许。也就是说，预设间隙是曲翘变形程度可以被允许时对应的检测光源隔板的底部与待检测工件之间的最大间隙。

如图2所示，为图1中沿A-A的剖面图。图2中，第一固定支架4安装在检测光源隔板3的第一面上，激光器5安装在第一固定支架4上。激光器5用于向检测光源隔板3的底部发射检测光信号。激光器5的出光面朝向检测光源隔板3的底部，用于发射检测光信号，检测光信号可以经检测光源隔板3的底部与待检测工件2之间的间隙反射至检测光源隔板3的第二面一侧，并由激光敏感元件6接收。激光敏感元件6可以以手持的方式在检测光源隔板的第二面一侧与所述激光器对称的位置上，接收底部下方的所述待检测工件反射的检测光信号，也可以通过固定装置将激光敏感元件6固定在检测光源隔板的第二面一侧与所述激光器对称的位置上。本发明实施例中对此不作具体限定。需要说明的是，本发明实施例中激光敏感元件6的响应频率峰值带与激光器发射的检测光信号的频率接近，即激光器发射的检测光信号的频率在激光敏感元件6的响应频率峰值带内，或者二者偏离预设范围。

在检测光源隔板3的第一面一侧的传输光路上设置平行光透镜7，激光器5的出光面位于平行光透镜7的焦点上，使激光器5发射的检测光信号转换为平行光信号。为保证检测结果的准确性，检测光信号的光斑大小需要大于等于间隙能够透过的光束对应的光斑大小。

如图2所示，经平行光透镜7转换后得到的平行光信号的光束L0、L1、L2、L3、L4均相互平行。设检测光源隔板3的厚度为d，检测光源隔板3的底部与待检测工件2的间隙为h，检测光源隔板3的第一面的底部边缘为L，检测光源隔板3的第二面的底部边缘为R；光束L1经底部边缘R，反射到激光敏感元件6，光束L3经底部边缘L，反射到激光敏感元件6。只有L1与L3之间宽度为C的光信号才能通过间隙，最终被激光敏感元件6接收到，L1外侧与L3外侧的光信号均被阻挡，无法被激光敏感元件6接收。当检测光源隔板3的厚度d增大时，能被激光敏感元件6接收到的光信号宽度C减小，当检测光源隔板3的厚度d减小时，能被激光敏感元件6接收到的光信号宽度C增大。当检测光源隔板3的底部与待检测工件2的间隙h增大时，能被激光敏感元件6接收到的光信号宽度C增大，当检测光源隔板3的底部与待检测工件2的间隙h减小时，能被激光敏感元件6接收到的光信号宽度C减小。

激光敏感元件6将接收到的检测光信号转换为电流信号，激光敏感元件6具体可以是光电二极管、光电池、光敏电阻等。激光敏感元件6与信号处理模块连接，通过信号处理模块处理激光敏感元件6转换得到的电流信号，信号处理模块基于信号的相关性原理对电流信号进行处理，将激光敏感元件接收到的环境光信号在信号处理模块中滤除，即使与激光信号波长相同的环境光也被滤除，对检测结果也无影响。

如图3所示，为信号处理模块的结构示意图。图3中，信号处理模块7包括前置放大电路71、二级放大电路72、锁相放大电路73和比较电路74，激光敏感元件6与前置放大电路71连接，二级放大电路72、锁相放大电路73和比较电路74依次连接。

前置放大电路71将激光敏感元件6转换得到的电流信号转换为电压信号。前置放大电路71中具体可以包括电流电压转换电路(即I/V转换电路)，在激光敏感元件6上施加反向偏置电压，激光敏感元件6转换得到的电流信号为i，由电流电压转换电路输出的电压信号V₀可以表示为：

V₀＝－i×R₁， (1)

其中，R₁为激光敏感元件的阻值，也为前置放大电路的增益，即放大倍数。

前置放大电路71中还可以包括高通滤波电路，高通滤波电路与电流电压转换电路连接，高通滤波电路将电流电压转换电路输出的电压信号V₀进行高通滤波，滤除激光敏感元件6的暗电流以及反向偏置电压引起的低频分量，得到电压信号V₁，即由前置放大电路71得到的电压信号为滤除激光敏感元件6的暗电流以及反向偏置电压引起的低频分量后得到的电压信号V₁。

二级放大电路72将前置放大电路得到的电压信号V₁进行放大，若二级放大电路72的放大倍数为－k，且放大倍数可调，则二级放大电路72的输出信号V₂为：

V₂＝－k×V₁ (2)

锁相放大电路73去除二级放大电路72的输出信号V₂中的噪声信号，输出目标电压信号。其中，锁相放大电路73基于信号的相关性原理去除噪声信号，噪声信号的来源可以包括电路固有噪声和环境光引起的电信号噪声。通过锁相放大电路73可以消除环境光对检测结果的影响。

比较电路74将锁相放大电路73得到的目标电压信号与标准电压信号进行比较，并输出比较结果。标准电压信号可以是事先在激光器发射的检测光信号强度与信号处理模块的处理能力确定，且检测光源隔板3的底部与待检测工件2之间的间隙为预设间隙的情况下，锁相放大电路73得到的电压信号。比较电路74具有两个输入和一个输出，两个输入分别为锁相放大电路73得到的目标电压信号和标准电压信号，一个输出为比较结果。其中，标准电压信号可以通过存储有标准电压信号的第三方设备与比较电路74的一个输入端连接进入比较电路74。比较电路74的另一个输入端与锁相放大电路73连接，使目标电压信号进入比较电路74。

可以通过比较电路74输出的比较结果判断待检测工件2的曲翘变形程度是否严重，由于在检测光源隔板3的厚度确定不变的情况下，锁相放大电路73输出的电压信号的大小与检测光源隔板3的底部和待检测工件2之间的间隙大小成正比，因此当检测光源隔板3的厚度确定不变的情况下比较结果为目标电压信号大于标准电压信号时，说明目标电压信号对应的间隙大于标准电压信号对应的预设间隙，即说明待检测工件在与检测光源隔板的底部对应的位置处曲翘变形程度严重，不被允许。

本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，激光敏感元件、前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接。通过工件曲翘变形检测装置实现对工件曲翘变形程度的检测，避免了人工的主观判断，同时通过信号处理模块，极大地避免了环境光对检测结果的干扰，即使环境光直接照射激光光敏元件，对工件的曲翘变形检测结果仍无影响，使检测结果更准确。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，还包括：第二固定支架；

所述第二固定支架安装在所述检测光源隔板的第二面上，且所述第二固定支架与所述第一固定支架关于所述检测光源隔板对称；

所述激光敏感元件安装在所述第二固定支架上。

具体地，本发明实施例中，将激光敏感元件安装在固定装置上，固定装置具体为第二固定支架，第二固定支架与第一固定支架关于检测光源隔板对称，分别安装在检测光源隔板的第二面上和第一面上。即激光敏感元件位于检测光源隔板的第二面一侧与激光器对称的位置上。

本发明实施例中，可以使激光敏感元件的位置固定，避免激光敏感元件的位置变化对检测结果的影响。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，所述锁相放大电路具体包括：乘法器电路和低通滤波电路；

所述乘法器电路用于将所述二级放大电路的输出信号与参考信号进行乘法运算，所述低通滤波电路用于滤除所述乘法器电路的输出信号中的谐波分量，输出所述目标电压信号；

其中，所述参考信号与所述二级放大电路的输出信号频率相同。

具体地，本发明实施例中，锁相放大电路实现去除二级放大电路的输出信号中的噪声信号，输出目标电压信号的功能，其结构具体包括：乘法器电路和低通滤波电路，通过乘法器电路将二级放大电路的输出信号与参考信号进行乘法运算，通过低通滤波电路滤除乘法器电路的输出信号中的谐波分量，输出目标电压信号。需要说明的是，乘法器电路具有两个输入和一个输出，两个输入分别为二级放大电路的输出信号和参考信号，一个输出为乘法运算的结果。参考信号可以通过存储有参考信号的第三方设备与乘法器电路的一个输入端连接进入乘法器电路。乘法器电路的另一个输入端与二级放大电路连接，使二级放大电路的输出信号进入乘法器电路。

根据锁相放大电路的滤波原理，检测通道信号包含被测信号与噪声信号，本发明实施例中二级放大电路的输出信号V₂为检测通道信号，即V₂既包含被测信号又包含噪声信号，V₂既中包含的被测信号为目标电压信号。

检测通道信号的表达式为：

f₁＝s₁(t)+N(t)； (3)

其中，f₁为检测通道信号，s₁(t)为被测信号，N(t)为噪声信号。

参考信号的表达式为：

f₂＝s₂(t)； (3)

其中，f₂为参考信号，参考信号与被测信号的频率相等

假设

s₂(t)＝Bsin(2πft)，A为被测信号的振幅，f为被测信号的频率，

为被测信号的相位，B为参考信号的振幅。

检测通道信号f₁与参考信号f₂进行相乘运算，结果如下：

其中，

分量为直流分量，

为谐波分量。只要设置低通滤波电路的截止频率f_cut≤f即可将谐波分量滤除，保留直流分量，并且直流分量包含被测信号的幅度信息与相位信息，直流分量

正比于被测信号s₁(t)的幅度。

根据傅里叶变换原理，任何信号都可由多种谐波分量组成，而各谐波分量均可用正弦函数来表示，方波形式的参考信号f₂'(t)与方波形式的检测通道信号f₁'(t)通过傅里叶变换也能采用各种谐波分量表示，如公式(5)、(6)、(7)所示，其中k为检测通道信号的谐波分量的级次，n为参考信号的谐波分量的级次。

其中，

分量可通过低通滤波方式将其滤除，

分量中，当n＝k时，则如公式(4)的分析结果，当n＝m×k(m＝2,3,4……)时，分析结果依然与公式(4)的分析结果相同，最终结果为直流分量与多次谐波分量之和。

两信号的各谐波分量如有同次谐波或者整数倍成分的谐波分量经上述公式(4)或(7)示出的乘法运算后均可通过低通滤波的方式得到直流分量。而噪声信号无规则，与参考信号无重叠或整数倍谐波分量，因此乘法运算中无直流分量，经低通滤波运算之后对检测结果无影响。

因此，本发明实施例中在乘法器电路后接有低通滤波电路，低通滤波电路的截止频率小于参考信号的最小谐波分量频率，如此可以保证低通滤波电路可以滤除乘法器电路的输出信号中的谐波分量，输出目标电压信号。

乘法器电路的输出结果为：

V₃＝V_f×V₂ (8)

V₃为乘法器电路的输出结果，V_f为乘法器电路的增益，即放大倍数，也是锁相放大电路的增益。V₃经过低通滤波电路后得到V₄，V₄中只保留了V₃的直流分量，即为目标电压信号。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，所述激光器具体为调制激光器。

具体地，本发明实施例中，激光器可以为调制激光器，相应地，发射的检测光信号为调制光信号。调制激光器具体可以是发射的检测光信号的光斑大小可调的TTL调制激光器。调制激光器发射的检测光信号的频率也可以设置为可调。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，还包括：控制器；

所述控制器与所述调制激光器连接；

所述控制器用于控制所述调制激光器发射的检测光信号的光斑大小或者所述调制激光器发射的检测光信号的频率。

具体地，本发明实施例中还包括控制器，控制器与调制激光器连接，以实现自动控制调制激光器发射的检测光信号的光斑大小或者调制激光器发射的检测光信号的频率，或者同时控制光斑大小和频率。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，控制器具体可以由现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)芯片及其外围电路组成，或者由数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片及其外围电路组成，或者由ARM处理器及其外围电路组成，本发明实施例中对此不作具体限定。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，所述信号处理模块还包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器；

所述第一电压跟随器和所述第二电压跟随器分别连接在所述二级放大电路的前端和后端，所述第三电压跟随器连接在所述锁相放大电路的后端。

具体地，本发明实施例中将第一电压跟随器连接在二级放大电路的前端，将第二电压跟随器连接在二级放大电路的后端，使第一电压跟随器的输入为前置放大电路的输出，第一电压跟随器的输出为二级放大电路的输入，且第一电压跟随器的输入与输出相等，以保证前置放大电路的输出与二级放大电路的输入相等。同理，将第三电压跟随器连接在锁相放大电路的后端，使第三电压跟随器的输入与锁相放大电路的输出相等，第三电压跟随器的输出与第三电压跟随器的输入相等。第三电压跟随器与比较电路连接，使进入比较电路的电压信号与锁相放大电路输出的目标电压信号相等。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，前置放大电路、二级放大电路均可以采用运算放大电路芯片，比较电路的运放芯片可以采用比较器芯片。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，比较电路可以集成在控制器内，且控制器内存储有标准电压信号。如图4所示，为本发明实施例中工件曲翘变形检测装置中包括控制器时的控制原理示意图，其中，控制器40控制调制激光器41发射检测光信号，由激光检测元件42接收检测光信号，并将接收到的检测光信号转换为电流信号i，由前置放大电路43将电流信号转换为电压信号V₁，由第一电压跟随器44将电压信号输入至二级放大电路45，由二级放大电路45对电压信号进行放大，由第二电压跟随器46将放大后的电压信号V₂输入至锁相放大电路，由锁相放大电路中的乘法器电路47进行乘法运算，得到V₃，V₃经过低通滤波电路48后得到V₄，即为目标电压信号。由第三电压跟随器49将V₄输入至控制器40中，由控制器40中的比较电路对V₄与标准电压信号进行比较，并输出比较结果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测装置，所述标准电压信号与所述检测光源隔板的厚度一一对应。

具体地，由于传统光学检测方法中检测光源隔板厚度能影响检测效果。当检测光束位置固定，照射角度固定时，采用较薄的检测光源隔板，则光学检测元件能接收到较多的检测光；采用较厚的检测光源隔板，则光学检测元件能接收到较少的检测光。

因此，本发明实施例中的标准电压信号与所述检测光源隔板的厚度一一对应，即检测光源隔板的厚度不同时，比较电路采用的标准电压信号也不相同，克服了现有技术中存在的技术问题。

而且，本发明实施例中，检测光源隔板的厚度可以根据激光器发射的检测光信号的强度、信号处理模块以及待检测工件的最大允许挠度，即预设间隙进行确定。本发明实施例中对此不作具体限定。

如图5所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种基于上述实施例中所述的工件曲翘变形检测装置实现的工件曲翘变形检测方法，包括：

S51，获取激光敏感元件接收检测光信号后转换得到的电流信号；

S52，将所述电流信号转换为电压信号并进行放大，并滤除放大后的电压信号中的噪声信号，确定目标电压信号；

S53，将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并基于比较结果，确定待检测工件是否发生曲翘变形。

具体地，本发明实施例中提供的工件曲翘变形检测方法，执行主体为上述实施例中所述的工件曲翘变形检测装置。其中，通过工件曲翘变形检测装置中的激光检测元件执行步骤S51，通过前置放大电路、二级放大电路以及锁相放大电路执行步骤S52，通过比较电路执行步骤S53，具体的执行过程与处理方式以及相应的技术效果参加上述装置类实施例，本发明实施例中对此不再赘述。

综上所述，本发明实施例中提供了一种基于信号的相关性原理实现的工件曲翘变形检测装置及检测方法，在激光光源和电路处理能力确定情况下，以最大曲翘高度，即预设间隙确定激光隔板厚度。采用调制激光器替代普通光源，并通过信号的相关性原理实现信号的抗干扰处理。通过平行光透镜将激光器点光源发射的检测光信号转为平行光信号。激光检测元件通过待检测工件变形处的漏光产生光电流信号，并经二级放大电路进行信号放大。锁相放大电路中的乘法器电路以及低通滤波电路处理二级放大电路的输出信号以及控制器的参考信号，将电路中的噪声信号以及环境光引起的噪声信号滤除，极大地避免了环境光的干扰，即使环境光直接照射激光光敏元件，对工件的曲翘变形检测结果仍无影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种工件曲翘变形检测装置，其特征在于，包括：激光器、平行光透镜、第一固定支架、检测光源隔板、激光敏感元件、检测平台和信号处理模块；其中，

所述检测平台用于承载待检测工件，所述检测光源隔板竖直放置在所述待检测工件上；所述第一固定支架安装在所述检测光源隔板的第一面上，所述激光器安装在所述第一固定支架上；

所述激光器用于向所述检测光源隔板的底部发射检测光信号；所述平行光透镜设置在所述检测光源隔板的第一面一侧的传输光路上，所述平行光透镜用于将所述激光器发射的检测光信号转换为平行光信号；所述激光敏感元件用于在所述检测光源隔板的第二面一侧与所述激光器对称的位置上，接收所述底部下方的所述待检测工件反射的检测光信号，并将接收到的检测光信号转换为电流信号；

所述信号处理模块包括前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，所述激光敏感元件、所述前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路依次连接；所述前置放大电路用于将所述电流信号转换为电压信号；所述二级放大电路用于将所述电压信号进行放大，所述锁相放大电路用于去除所述二级放大电路的输出信号中的噪声信号，输出目标电压信号；所述比较电路用于将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并输出比较结果。

2.根据权利要求1所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，还包括：第二固定支架；

所述第二固定支架安装在所述检测光源隔板的第二面上，且所述第二固定支架与所述第一固定支架关于所述检测光源隔板对称；

所述激光敏感元件安装在所述第二固定支架上。

3.根据权利要求1所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述锁相放大电路具体包括：乘法器电路和低通滤波电路；

所述乘法器电路用于将所述二级放大电路的输出信号与参考信号进行乘法运算，所述低通滤波电路用于滤除所述乘法器电路的输出信号中的谐波分量，输出所述目标电压信号；

其中，所述参考信号与所述目标电压信号频率相同。

4.根据权利要求3所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述低通滤波电路的截止频率小于所述参考信号的最小谐波分量频率。

5.根据权利要求1所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述激光器具体为调制激光器。

6.根据权利要求5所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，还包括：控制器；

所述控制器与所述调制激光器连接；

所述控制器用于控制所述调制激光器发射的检测光信号的光斑大小或者所述调制激光器发射的检测光信号的频率。

7.根据权利要求6所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述控制器具体包括：现场可编程门阵列FPGA芯片及其外围电路，或者数字信号处理DSP芯片及其外围电路，或者ARM处理器及其外围电路。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述信号处理模块还包括：第一电压跟随器、第二电压跟随器和第三电压跟随器；

所述第一电压跟随器和所述第二电压跟随器分别连接在所述二级放大电路的输入侧和输出侧，所述第三电压跟随器连接在所述锁相放大电路的输出侧，所述第三电压跟随器与所述比较电路连接。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的工件曲翘变形检测装置，其特征在于，所述标准电压信号与所述检测光源隔板的厚度一一对应。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的工件曲翘变形检测装置实现的工件曲翘变形检测方法，其特征在于，包括：

获取激光敏感元件接收检测光信号后转换得到的电流信号；

将所述电流信号转换为电压信号并进行放大，并滤除放大后的电压信号中的噪声信号，确定目标电压信号；

将所述目标电压信号与标准电压信号进行比较，并基于比较结果，确定待检测工件的曲翘变形程度。

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