[發明專利]微小孔徑工件內壁的光學檢測系統

無效

• 申請號: 201310569439.1
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103575748A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 游睿;沈立成;姚瑤;李超;陳欣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 陳志良

技術領域

本發明涉及一種針對具有微小孔徑工件的內壁視覺檢測系統，特別是公開一種微小孔徑工件內壁的光學檢測系統，可獲取微小的工件內壁的360度整周展開圖像，以進行劃痕、瑕疵、缺陷等的檢測。

背景技術

隨著微小形狀尺寸的微結構零件在機械制造、航空航天等領域取得了廣泛的發展與應用，對微結構零件的表面質量也提出了越來越高的要求。一些具有小口徑通孔的精密內腔工件內徑僅為2～5毫米，若內壁表面存在缺陷，將影響工件的性能、穩定性和安全性等。微小孔徑的內壁圖像獲取一直以來是個難題。傳統的探測內壁是否有缺陷的方法是采用人工目測方法，即用幾十倍的放大鏡通過人眼觀察整個內壁，進而判斷是否存在斑點、裂紋、劃傷等缺陷。需要檢查員全程參與，耗費人力物力，效率低下。而采用工業內窺鏡法，其檢測裝置難以根據具體要求進行二次開發，需要旋轉鏡頭才能獲得整周內壁圖像，保存圖像不便，而且價格較高。

目前，由趙建林等人的公開號為CN201795994U的?“一種無損檢測環形內壁表面的裝置”中，發明并公開了一種光學無損檢測環形內壁表面的裝置，以光學散斑原理為基礎，能通過CCD獲得內壁的圖像并傳輸給計算機。但是這種方法每次僅能獲取內壁某一個角度范圍內的圖像，需要增加旋轉裝置臺以獲得內壁整周圖像。增加了裝置復雜度，引入新的誤差因素。而王炎等人的公開號為CN2187298Y的“管內壁環視光學裝置”中，提出了一種利用球面反射鏡的視覺檢測系統，僅能夠對大口徑的管道內壁進行測量，如其文中所用195mm直徑管道。對于直徑僅為2-5mm的微小口徑工件則無法進行檢測。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術的缺陷，提出一種基于球形反射鏡的微小孔徑工件內壁的光學檢測系統，能夠快速、無損、非接觸地獲取微小的工件內壁的反射圖像。

本發明是這樣實現的：一種微小孔徑工件內壁的光學檢測系統，其特征在于：所述的檢測系統包括面陣CCD攝像機1、遠心鏡頭2、同軸光源3、被測工件4、球形反射鏡5、反射鏡支架6、精密豎直位移平臺7、精密水平位移平臺8、光學支架9和計算機10。將遠心鏡頭2與CCD攝像機1前段鏡頭裝配起來，并與同軸光源3、被測工件4按照從上到下的順序，依次固定在光學支架8之上，并調節光學支架位置，使鏡頭軸心與被測工件軸心在同一豎直軸線上，將球形反射鏡5放置并固定于反射鏡支架6上，并將反射鏡支架6水平固定于精密豎直位移平臺7上，精密豎直位移平臺7和精密水平位移平臺8組合使用，實現球形反射鏡5所在空間位置的精密調節，調節精密豎直位移平臺7的高度，使球形反射鏡5從被測工件4的底部深入工件孔內部，并調整精密水平位移平臺，使球形反射鏡的中心位于被測工件豎直軸心上，將CCD攝像機1通過千兆網線與計算機10相連。

所述的球形反射鏡5是在高精度透鏡球表面鍍上一層高反射率金屬薄膜制成，其球形誤差和直徑變動量均不超過0.5μm。所述的球形反射鏡5在球的上半部分水平切除一小塊平面并將切面涂黑，以用作檢測獲取球形反射鏡5的圓心。所述被測工件4上的工件孔的孔徑不大于3.5mm。

本發明檢測系統搭建完畢。并接通各裝置的電源，即可開始進行反射圖像的采集與檢測。

本發明檢測系統工作原理如附圖1所示。檢測系統所用的球形反射鏡5應當具有較高球度和較高反射率。當接通同軸光源3的電源時，由其發出的平行光豎直向下進入工件孔內，并且經過球形反射鏡的反射作用，照亮工件內壁。工件內壁上的反射光線再經過球形反射鏡的反射作用，豎直的反射光線可通過同軸光源3的透光面，進入遠心鏡頭2，從而被CCD攝像機捕獲，形成反射圖像。工件內壁某高度范圍內的一段圓環部分圖像，經過系統的反射，可在CCD中形成一塊圓環圖像。這塊圓環圖像可利用數字圖像處理技術，將其展開并變換為工件內壁原部分的展開圖像。保持工件高度不變，升高或降低球形反射鏡的高度，可以獲得工件內壁不同高度范圍的反射圖像，從而獲取整個工件內壁的圖像。

由于本發明采用的是球形反射鏡，因而進行實驗獲得的原始圖像是圓形的圖像，并且由于是球面反射，而非平面反射，故獲得的反射圖像會產生失真。工件內壁較高部分的圖像將會呈現在圓形反射圖像的內部區域，而較低部分的圖像則出現在反射圖像的外部區域。

因此，需要運用數字圖像處理技術進行圖像處理工作。將圓形圖像展開并變換為矩形圖像，并按照球面反射規律消除失真，得到還原的工件內壁展開圖像。通過固定工件所在高度不變，升高或降低反射鏡，以獲得不同高度的內壁反射圖像，進而拼接為完整的工件內壁展開圖像。圖像處理工作的主要流程如附圖2所示。