CN212988292U - 一种活塞杆表面粗糙度检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种活塞杆表面粗糙度检测系统，包括光源系统、光束扫描控制系统、成像系统、数据处理系统和被测活塞杆；光源系统下方设置光束扫描控制系统，成像系统设置在光束扫描控制系统的一侧，数据处理系统设置在成像系统上，被测活塞杆设置在光束扫描控制系统下方；本实用新型提供了一种结构简单合理，成本较低且安装方便耐用的一种活塞杆表面粗糙度检测系统。

Description

一种活塞杆表面粗糙度检测系统

技术领域

本实用新型涉及活塞杆表面检测领域，更具体的说，它涉及一种活塞杆表面粗糙度检测系统。

背景技术

液压活塞杆是液压缸的重要组成，其表面需要经过精车、精磨、电镀、抛光以后，才能实现与液压缸套的完美配合，既能有足够的间隙可以沿着轴向移动，又能通过密封圈实现高压液压油的密封。

然而，活塞杆在制造过程中，不可避免会出现各种表面缺陷，比如：在电镀过程中，由于表面清洗不完全，残留的灰尘导致铬坑、麻点等缺陷，这些缺陷的尺寸，一般在10-500微米之间，这些显微缺陷，将成为液压油密封系统中的泄露通道，严重影响液压缸的性能。为此，在液压活塞杆的制造过程中，需要在电镀抛光后，对活塞杆的表面进行检测，确保表面的显微缺陷数量在一定的范围之内。

目前，活塞杆表面显微缺陷的检测，主要依赖人工检测。检测工人将强光打在活塞杆表面，进行活塞杆表面质量观察，如果发现有黑点或者弱反光的情况，即判定为缺陷，并人工标记下来，缺陷的尺寸则依赖经验判断。这种检测方法的缺点在于：1)强光在光洁的活塞杆表面强烈反射形成炫光，对人眼有一定的伤害，长期工作，导致工人视力下降；2)缺陷的尺寸、类型无法定量测量，难以指导加工工艺的改进；3)人工检测存在大量的漏检，导致活塞杆质量难以稳定。

为此，有必要发展一种基于机器视觉的液压活塞杆表面显微缺陷的光学检测系统。然而，常规的光学检测方法和系统在液压活塞杆表面显微缺陷检测中，面临着几方面的难题：1)活塞杆表面是精密加工的曲面，加工精度达到镜面级，光照在表面形成强烈反射，普通的面阵列CCD相机容易饱和，难以实现活塞杆表面的清晰成像；2)液压杆一般有900-2500mm长，直径在50-150mm之间，常规的显微缺陷检测方法，难以实现活塞杆圆柱面的清晰成像。

发明内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种结构简单合理，成本较低且安装方便耐用的一种活塞杆表面粗糙度检测系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种活塞杆表面粗糙度检测系统，包括光源系统、光束扫描控制系统、成像系统、数据处理系统和被测活塞杆；光源系统下方设置光束扫描控制系统，成像系统设置在光束扫描控制系统的一侧，数据处理系统设置在成像系统上，被测活塞杆设置在光束扫描控制系统下方；

光源系统采用激光器；

光束扫描控制系统包括准直器、移相器、透镜阵列、相位控制器和半透半反镜，准直器、移相器、透镜阵列和半透半反镜从上到下依次设置，相位控制器与移相器连接，且对移相器进行调制，包括位置的移动和不同输入电压；准直器设置在激光器的正下方，将激光器发射的激光变成为一束平行光；移相器将入射的平行光通过透镜阵列聚焦到透镜阵列的透镜上，再从每个微透镜焦点上向四周辐射光线，并射向半透半反镜上，部分光线射到被测活塞杆上；

成像系统包括成像镜头和相机，成像镜头将辐射光线进过被测活塞杆表面的光线投影到相机上进行成像采集；

数据处理系统采用图像处理器，对成像系统采集的成像图片进行数据处理。

进一步的，光束扫描控制系统具体如下：

还包括一个电场控制的液晶盒，激光器发射的光波在液晶盒中出射后，其相位延迟用如下公式表示：

其中n_e为异常光的折射率，是一个随液晶盒的指向矢量转动而变化的值，Z为液晶盒的指向矢量；

n_o是寻常光折射率，d为光线通过路径的宽度，θ为液晶指向矢量的角度；

通过外界电场的变化改变液晶盒的指向矢量的角度，从而对从液晶盒中出射的光束进行不同的相位延迟；出射的光束照射到特定的闪耀光栅模型上，形成相应的光谱，由成像系统对相应的光谱进行采集，找到图像中灰度低于暗区阈值的点，进行统计并得出暗区比，利用暗区比来得出待测区的相对粗糙度。

进一步的，闪耀光栅模型由相位调制模块组成的一组闪耀光栅组成，光栅出射光线的角度由

决定。

进一步的，暗区比为图像中灰度低于暗区阈值的点，与有效的全图像素点之比。

进一步的，从液晶盒中出射的经过被测活塞杆的散射光的强度与金属表面粗糙度有着线性关系。

本实用新型相比现有技术优点在于：

本实用新型通过巧妙的位置关系设置，通过光谱来采集活塞杆圆柱面的清晰成像，整体结构简单合理，成本较低且耐用，极易推广使用。

本实用新型当激光器的激光经过准直器准直后，成为一束平行光，入射到移相器阵列后，通过透镜阵列的微透镜时被聚焦到微透镜的焦点上，再从每个微透镜焦点上向四周辐射光线，并射向半透半反镜上，部分光线射到被测活塞杆上。当相位控制器对移相器阵列进行调制，在空间中需要的点上就会发生干涉加强，而其他地方成为背景光，从而得到了所需要的特定角度的光束偏转。每个干涉光峰值的区域在活塞杆表面发生散射，散射光通过半透半反镜反射到镜头，由相机进行成像捕捉，图像处理系统对捕捉的成像进行处理，从而得到粗糙度信息，完成非机械式扫描测量的结构方式大大简化。

附图说明

图1为本实用新型的图像处理流程图；

图2为本实用新型的结构框示意图；

图3为本实用新型的结构图。

图中标识：激光器1、准直器2、移相器3、透镜阵列4、相位控制器5、半透半反镜6、镜头7、相机8、处理器9和活塞杆10。

具体实施方式

下面具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1至图3所示，一种活塞杆10表面粗糙度检测系统，包括光源系统、光束扫描控制系统、成像系统、数据处理系统和被测活塞杆10；光源系统下方设置光束扫描控制系统，成像系统设置在光束扫描控制系统的一侧，数据处理系统设置在成像系统上，被测活塞杆10设置在光束扫描控制系统下方。图3中对光源系统发射的光束进行了其中一条的模拟。

光源系统采用激光器1。

光束扫描控制系统包括准直器2、移相器3、透镜阵列4、相位控制器5和半透半反镜6，准直器2、移相器3、透镜阵列4和半透半反镜6从上到下依次设置，相位控制器5与移相器3连接，且对移相器3进行调制，包括位置的移动和不同输入电压；一般移相器3设置在相位控制器5内，从而便于控制调节。准直器2设置在激光器1的正下方，将激光器1发射的激光变成为一束平行光；移相器3将入射的平行光通过透镜阵列4聚焦到透镜阵列4的微透镜上，再从每个微透镜焦点上向四周辐射光线，并射向半透半反镜6上，部分光线射到被测活塞杆10上。其中，透镜阵列4中的微透镜单元的数目和移相器3的数目相同。

成像系统包括成像镜头7和相机8，成像镜头7将辐射光线进过被测活塞杆10表面的光线投影到相机8上进行成像采集。

数据处理系统采用图像处理器9，对成像系统采集的成像图片进行数据处理。图像处理器9一般设置在相机8内，也可以设置在外侧与相机8连接，便于进行数据的采集和处理。上述未作特殊说明的连接结构均采用常规结构设计即可。

光束扫描控制系统具体如下：

还包括一个电场控制的液晶盒，激光器1发射的光波在液晶盒中出射后，其相位延迟用如下公式表示：

其中n_e为异常光的折射率，是一个随液晶盒的指向矢量转动而变化的值，Z为液晶盒的指向矢量；

n_o是寻常光折射率，d为光线通过路径的宽度，θ为液晶指向矢量的角度；

通过外界电场的变化改变液晶盒的指向矢量的角度，从而对从液晶盒中出射的光束进行不同的相位延迟；出射的光束照射到特定的闪耀光栅模型上，形成相应的光谱。闪耀光栅模型由相位调制模块组成的一组闪耀光栅组成，光栅出射光线的角度由

决定，其中n_e为异常光折射率，N为衍射级数，d为光栅常数，λ为光波长。

由成像系统对相应的光谱进行采集，找到图像中灰度低于暗区阈值的点，进行统计并得出暗区比，利用暗区比来得出待测区的相对粗糙度。其中，暗区比为图像中灰度低于暗区阈值的点，与有效的全图像素点之比。

当激光入射到活塞杆10表面时，大部分光线发生了反射与散射，而从液晶盒中出射的经过被测活塞杆10的散射光的强度与金属表面粗糙度有着线性关系。

综上，当激光器1的激光经过准直器2准直后，成为一束平行光，入射到移相器3阵列后，通过透镜阵列4的微透镜时被聚焦到微透镜的焦点上，再从每个微透镜焦点上向四周辐射光线，并射向半透半反镜6上，部分光线射到被测活塞杆10上。当相位控制器5对移相器3阵列进行调制，在空间中需要的点上就会发生干涉加强，而其他地方成为背景光，从而得到了所需要的特定角度的光束偏转。每个干涉光峰值的区域在活塞杆10表面发生散射，散射光通过半透半反镜6反射到镜头7，由相机8进行成像捕捉，图像处理系统对捕捉的成像进行处理，从而得到粗糙度信息。其中，通过改变相位控制器5的不同输入电压，使极大值光强的位置发生改变，得到活塞杆10表面不同位置的粗糙度信息，从而完成非机械式扫描测量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。

Claims (2)

1.一种活塞杆表面粗糙度检测系统，其特征在于：包括光源系统、光束扫描控制系统、成像系统、数据处理系统和被测活塞杆；光源系统下方设置光束扫描控制系统，成像系统设置在光束扫描控制系统的一侧，数据处理系统设置在成像系统上，被测活塞杆设置在光束扫描控制系统下方。

2.根据权利要求1中所述的一种活塞杆表面粗糙度检测系统，其特征在于：

光源系统采用激光器；

光束扫描控制系统包括准直器、移相器、透镜阵列、相位控制器和半透半反镜，准直器、移相器、透镜阵列和半透半反镜从上到下依次设置，相位控制器与移相器连接，且对移相器进行调制，包括位置的移动和不同输入电压；准直器设置在激光器的正下方，将激光器发射的激光变成为一束平行光；移相器将入射的平行光通过透镜阵列聚焦到透镜阵列的微透镜上，再从每个微透镜焦点上向四周辐射光线，并射向半透半反镜上，部分光线射到被测活塞杆上；

成像系统包括成像镜头和相机，成像镜头将辐射光线经过被测活塞杆表面的光线投影到相机上进行成像采集；

数据处理系统采用图像处理器，对成像系统采集的成像图片进行数据处理。

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