一种光学干涉法球径球度检测仪及检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学干涉法球径球度检测仪及检测方法，它在基于光学干涉原理，通过判读光学样板球(或球碗)与被测零件之间干涉条纹的数量和形状方法检测球径球度技术的基础上，通过轮盘切换的方式，快速变换和准确定位不同球径的基准光学玻璃样板成为当前工作样板，并由CCD摄像机采集干涉条纹，经图像处理及相关软件计算后，由显示器输出被测零件的球径球度值及其简化后的干涉条纹图形。本发明实现了不同球径被测零件方便、直观、快速地检测，极大地提高了检测效率。
【专利说明】
一种光学干涉法球径球度检测仪及检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种光学检测装置，特别是一种光学干涉法球径球度检测仪及检测方法。
【背景技术】
[0002]目前，微米及亚微米级的高精度球形零件的生产效率较低，原因之一是其研抛过程中的球径和球度检测效率低。工程上一般采用高精度三坐标仪和圆度仪进行球径和球度的检测，这种检测方法有以下几方面的弊端:(I)被检测零件需送往这些高精度设备处检测，转运和等待时间长；(2)检测结果为近似值，因零件精度要求已接近设备精度，且检测为多点拟合法；(3)检测过程时间长，大量占用设备资源；(4)需依赖专业技能人员才能完成。显然，这种检测方法过程繁琐、耗时长、效率低，极大地制约了生产效率的提升。
【发明内容】
[0003]本发明技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种光学干涉法球径球度检测仪及检测方法，实现不同球径的球形零件球径和球度的快速检测。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种光学干涉法球径球度检测仪，包括:基准光学玻璃样板、切换轮盘、照明系统和成像系统；照明系统为基准光学玻璃样板提供光源;不同的基准光学玻璃样板位于切换轮盘上不同的位置;通过切换轮盘实现不同的基准光学玻璃样板快速切换，准确定位不同球径的基准光学玻璃样板;成像系统对基准光学玻璃样板与被测零件接触之间的球径差产生的干涉条纹图像成像，成像后的图像被传送至主机中图像处理器，图像处理器经图像处理和软件计算得出的被测零件的球径和球度值，由显示器输出被测零件的球径球度值以及简化后的干涉条纹图形。
[0005]所述切换轮盘，由轴端压板、切换轮盘轴、手柄、定位轮盘、定位轴承、固定摆臂和压簧组成。切换轮盘轴的上端由轴端压板固定着切换轮盘，下端固定有定位轮盘，该定位轮盘上沿其外围圆周均匀分布着十个圆弧凹槽;定位轴承固定在摆臂上，压簧力施加在摆臂上，使定位轴承压在定位轮盘的圆弧槽内，限制其转动，从而实现切换轮盘换位时在圆周方向的自动定位。
[0006]—种光学干涉法球径球度检测方法，在利用判读基准光学玻璃样板与被测零件之间干涉条纹的数量和形状的方法检测球径和球度技术的基础上，通过轮盘切换的方式，快速变换和准确定位不同球径的基准光学玻璃样板，进而实现不同球径被测零件球径和球度的快速检测，其中基准光学玻璃样板与被测零件接触之间的球径差产生的干涉条纹通过成像采集，再经图像处理及计算后，由显示器输出被测零件的球径球度值以及简化后的干涉条纹图形。
[0007]本发明的优点在于:不同球径的基准光学玻璃样板可以轮盘方式快速切换并准确定位，可实现不同球径零件的快速检测，实现了不同球径被测零件方便、直观、快速地检测，极大地提高了不同球径被测零件的检测效率。
【附图说明】
[0008]图1为本发明检测仪三维示意图；
[0009]图2为检测仪切换轮盘示意图；
[0010]图3为检测仪切换轮盘底部示意图；
[0011]图中标记说明:
[0012]1、装置底座，2、切换轮盘，3、CXD摄像机，4、单色光照明灯，5、图像采集及处理器，
6、显示器，7、立柱，8、切换轮盘轴，9、轴承盖，10、轴承，11、轴承隔套，12、轴承座，13、轴端压板，14、基准光学玻璃样板，15、保护套筒，16、手柄，17、定位轮盘，18、定位轴承，19、摆臂，20、压簧。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明:
[0014]图1为本发明的三维总体示意图，它由装置底座1、切换轮盘2、CCD摄像机3、单色光照明灯4、图形采集及处理器5和显示器6六部分构成。
[0015]现结合图2和图3作详细介绍:
[0016]装置底座I承载着切换轮盘2组件和立柱7组件;切换轮盘2具体为由其本身及切换轮盘轴8通过轴承盖9、轴承10、轴承隔套11、轴承座12等构成的可旋转轮盘机构固定在装置底座I上;切换轮盘轴8的上端由轴端压板13固定着切换轮盘2，切换轮盘2上均等分地安装着十个不同球径的基准光学玻璃样板14及其保护套筒15，切换轮盘轴8的中间固定有四个手柄16，用于推动切换轮盘8转动;切换轮盘轴8的下端固定有一个定位轮盘17，该定位轮盘17上沿其外围圆周均匀分布着十个圆弧凹槽;定位轴承18固定在摆臂19上，压簧20压在摆臂19上，使定位轴承18始终有压力压在定位轮盘17的圆弧槽内，限制其转动，从而实现切换轮盘2换位时在圆周方向的自动定位;立柱7上固定着三个托架，分别固定着显示器6、CCD摄像机3和单色光照明灯4。
[0017]CCD摄像机3镜头正下方的基准光学玻璃样板13为当前工作样板，检测时，被测零件紧密贴合在当前工作样板的球面上，单色光照明灯4在侧面提供照明，由当前工作样板和被检测零件球径差所产生的干涉条纹在CCD上成像，图像被送往图像采集及处理器5，经图像处理及相关软件计算后，由显示器6输出球径球度值及简化处理后的干涉条纹图像。
[0018]当被测零件与当前工作样板的球径之差较大时，干涉条纹会多而复杂，不利于干涉条纹的图像处理及球径球度检测精度的保证，此时可推动手柄16转动切换轮盘2，快速切换至不同球径(即最接近被测零件球径)的基准光学玻璃样板，使其成为当前工作样板，定位轴承18与定位轮盘17上定位圆弧槽的吻合实现了切换轮盘2换位时的自动准确定位，SP保证了每个光学样板14在成为当前工作样板时都能自动准确地对准其上方的CCD摄像机镜头。
[0019]CXD获取的干涉条纹图像被送往图像采集及处理器5，图像处理程序对其进行灰度化、去噪声、边缘检测等处理，提取出干涉条纹的边界，再经过霍夫变换获得各干涉条纹的半径参数，最后根据被测球形零件与干涉条纹半径之间的相关公式计算出其球径球度值，并在显示器6上输出球径球度值和简化后的干涉条纹图形。
[0020]本发明未详细阐述属于本领域公知技术。
【主权项】
1.一种光学干涉法球径球度检测仪，其特征在于包括:基准光学玻璃样板、切换轮盘、照明系统和成像系统；照明系统为基准光学玻璃样板提供光源;不同的基准光学玻璃样板位于切换轮盘上不同的位置;通过切换轮盘实现不同的基准光学玻璃样板快速切换，准确定位不同球径的基准光学玻璃样板;成像系统对基准光学玻璃样板与被测零件接触之间的球径差产生的干涉条纹图像成像，成像后的图像被传送至主机中图像处理器，图像处理器经图像处理和软件计算得出的被测零件的球径和球度值，由显示器输出被测零件的球径球度值以及简化后的干涉条纹图形。2.根据权利要求1所述的光学干涉法球径球度检测仪，其特征在于:所述切换轮盘包括:轴端压板、切换轮盘轴、手柄、定位轮盘、定位轴承、固定摆臂和压簧;切换轮盘轴的上端由轴端压板固定着切换轮盘，下端固定有一个定位轮盘，该定位轮盘上沿其外围圆周均匀分布着十个圆弧凹槽;定位轴承固定在摆臂上，压簧力施加在摆臂上，使定位轴承压在定位轮盘的圆弧槽内，限制其转动，从而实现切换轮盘换位时在圆周方向的自动定位。3.一种光学干涉法球径球度检测方法，其特征在于:在利用判读基准光学玻璃样板与被测零件之间干涉条纹的数量和形状的方法检测球径和球度技术的基础上，通过轮盘切换的方式，快速变换和准确定位不同球径的基准光学玻璃样板，进而实现不同球径被测零件球径和球度的快速检测，其中基准光学玻璃样板与被测零件接触之间的球径差产生的干涉条纹通过成像采集，再经图像处理及计算后，由显示器输出被测零件的球径球度值以及简化后的干涉条纹图形。
【文档编号】G01B11/24GK106052577SQ201610545583
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】段荣, 闫珺, 王锐, 汪雪, 董君华, 刘玉军
【申请人】北京航天控制仪器研究所