[發明專利]一種金屬表面特征檢測裝置

有效

• 申請號: 201510291708.1
• 申請日: 2015-05-28
• 公開（公告）號: CN104833321B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 王進峰;崔珍瑤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，特別涉及一種金屬表面特征檢測裝置。

背景技術

零件表面加工結束后形成不同類型的表面特征，譬如凹坑、凸起、劃痕等等，這些不同類型的特征是形成零件表面各種形狀誤差的主要原因。利用各種手段檢測零件表面特征是精確保證零件加工精度的一種重要方法。譬如利用探針式表面粗糙度儀，光切法顯微鏡等等，都可以較為精確地測量零件表面的特征。但是傳統的表面檢測方法存在一些問題，譬如效率問題等。目前，很多零件的生產都屬于批量生產，包括某些高精度零件的精密加工，為了保證產品的精度，每個零件都需要精密測量，滿足要求后，才能進行那個后續的裝配或者檢測工序。因此，傳統的表面人工檢測方法效率太低，不能滿足批量精密測量的需要，非常迫切的需要對精加工表面進行高效的精密測量。另外，目前的利用光學方法進行表面檢測的光切顯微鏡，由于其視野范圍太窄，也不利于全面的高效的檢測零件較大表面的特征。

現有檢測方法存在上述的種種問題，要解決問題，需要轉換解決問題的思路，采用完全不同于上述檢測方法的技術方案，我們知道，零件表面凹凸不平的特征對光的反射強度存在差異，上述差異可以通過特定的算法計算就可以得到零件表面平整度的結果，其原理如圖1所示：在圖示空間坐標系XYZ中，零件表面存在一凹坑A，該凹坑的表面輪廓可表示為曲面方程F(x，y，z)＝0，任意一點的法向量為{F_x，F_y，F_z}，其中如果將該凹坑的表面輪廓曲面方程顯性表示，則該曲面可表示為Z＝f(x，y)，令F＝f(x，y)-Z，則該曲面任意一點的法向量為0＝{f_x，f_y，f_z}，其中曲面任意一點的法向量影響著投射光的反射強度。同時，在空間坐標系XYZ中存在一點光源B，該點光源在坐標系中的位置如圖所示，與Z軸夾角為α，其在XOY平面的投影與X軸夾角為β角，因此，該光源光強的單位向量可表示為D＝{sin α cos β，sin α sin β，cos α}。該光源發出的一部分光經零件凹坑表面的反射，進入相機。相機進行攝像，獲得在點光源B照射下零件表面及其表面凹坑的圖像。該圖像的單位光強還與零件材質的反射率ρ有關系。因此，光源發出單位強度的光經零件凹坑表面的反射在相機上的光強Q可表示為Q＝ρD.0，由于反射率ρ和曲面的法向量0與曲面的位置有關，所以Q可表示為：Q(x，y)＝ρ(x，y)D.0(x，y)＝ρ(x，y)(f_xsin α cos β+f_y sin α sin β-cos α)，其中f_x和f_y可表示為f_x＝u(x，y)，f_y＝v(x，y)，所以，最終零件圖片不同位置點的單位光強為：

由于零件表面凹坑的尺寸，深度差異，最終經該凹坑曲面反射的光強就有差異，形成的零件圖片也就有差異。經機器視處理軟件HALCON處理，就能夠分辨出零件不同位置的凹坑形狀、位置。

根據不同位置點的單位光強Q(x，y)公式可知，該光強與位置點的反射率ρ(x，y)、光源的位置α、β有關，因此，理論上對于同一點的表面情況分析，至少需要三幅不同圖像才能確定表面不同位置的光強。但是實際上由于表面形狀及其復雜，譬如，凹坑、凸起、劃痕等等，點光源的位置直接影響這些表面特征的反射光強，因此，為了保證檢測的準確性，在檢測裝置點光源的設計上采用了兩種方式在確保真實的呈現零件表面特征。第一，點光源增加到了6個，即在點光源位置不變的情況下，對于零件表面同一特征的識別可以從6幅圖像獲得。第二，點光源的位置可調，無論是α還是β角，6個點光源的位置都可以自由調整。基于此兩點，對于大部分的表面特征，都可以通過固定的6個點光源獲得相應的圖像，并根據圖像進行識別其表面特征。而對于部分表面特征，由于其形狀的奇異性，可能需要對點光源的位置反復調整，才能找到最佳的圖像位置，從而獲得準確的表面特征圖像。

依照上述原理，需要設計一種對應的檢測設備才能完成相應的金屬表面檢測工作。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明提供了一種可以對金屬表面快速高效進行平整度檢測的金屬表面特征檢測裝置，采用的技術方案如下：

一種金屬表面特征檢測裝置，包括底座調平裝置、六邊形支撐架升降裝置、點光源調節裝置、信息采集裝置；

所述底座調平裝置包括六邊形底座和底座微調裝置，用于承載檢測裝置并調節檢測裝置的水平度；