[发明专利]同轴光检测柱孔圆度和直线度的装置及方法

权利要求书

1.一种同轴光检测柱孔圆度和直线度的装置，具有检测激光光源（13），摄像机（14）与图像处理计算机（15）连接，其特征在于，在检测激光光源（13）与摄像机（14）之间，可变光阑（16）、挡光环（17）、圆锥透镜（18）、毛玻璃成像屏（19）依次同轴排列；圆锥透镜（18）底面朝向挡光环（17），圆锥透镜（18）中心有通孔，可变光阑（16）孔径Φ₁的最大值小于等于圆锥透镜（18）通光口径Φ₂，挡光环（17）外径φ₁'大于圆锥透镜（18）通孔口径φ₂1~2 mm，挡光环（17）内径φ₁等于圆锥透镜（18）通孔口径φ₂。

2.根据权利要求1所述的同轴光检测柱孔圆度和直线度的装置，其特征在于，可变光阑（16）孔径Φ₁的调整范围为0~20 mm，挡光环（17）外径φ₁'为5 mm，挡光环（17）内径φ₁为3 mm；圆锥透镜（18）通孔口径φ₂为3 mm，圆锥镜透（18）玻璃牌号为K9，折射率n=1.5168，圆锥底角θ=10°，圆锥底面半径D₃=28.36 mm，有效通光口径Φ₂=22 mm；毛玻璃成像屏（19）的尺寸为200×200 mm²。

3.一种同轴光检测柱孔圆度和直线度的方法，该方法是一种最小二乘圆法，其特征在于，来自检测激光光源（13）的准直扩束光通过可变光阑（16）、挡光环（17）后成为由中心的实心光束和周边的空心光束构成的同轴光；被测柱孔（20）位于圆锥透镜（18）与毛玻璃成像屏（19）之间并与同轴光同轴，被测柱孔（20）朝向圆锥透镜（18）的端面所在位置为检测起点A、朝向毛玻璃成像屏（19）的端面所在位置为检测终点B；保持入射圆锥透镜（18）底面的同轴光中的空心光束内壁到光轴的距离D₁不变，通过调整可变光阑（16）来改变空心光束外壁到内壁的距离的D₂，自圆锥透镜（18）锥面出射的空心光束发生汇聚，在自检测起点A到检测终点B被测柱孔（20）不同截面处发生一次反射，在毛玻璃成像屏（19）上先后呈现每个截面的光环图像；同轴光中的实心光束直接在毛玻璃成像屏（19）上成像；由摄像机（14）采集所述所有图像并传送至图像处理计算机（15）；由图像处理计算机（15）进行图像处理，光环图像的内边界代表待测柱孔（20）截面实际轮廓线，确定所述内边界近似圆周上不同角度处采集点的坐标值，最后根据最小二乘圆法先计算得到待测柱孔（20）不同截面处的圆度，再在此基础上得到该柱孔的直线度。

4.根据权利要求3所述的同轴光检测柱孔圆度和直线度的方法，其特征在于，在25~500 mm范围内改变被测柱孔（20）到圆锥透镜（18）的距离L，该方法能够适应口径X_h=1~100 mm的被测柱孔（20）的检测；当通过调整可变光阑（16）在2.5~10 mm范围内改变空心光束外壁到内壁的距离D₂，该方法能够适应长度X_l=25~110 mm的被测柱孔（20）的检测。

5.根据权利要求3所述的同轴光检测柱孔圆度和直线度的方法，其特征在于，采用Photoshop图像处理软件处理所采集的图像：

（1）确定所采集的图像中单个像元的所代表的实际尺寸值；

（2）图像中心就是毛玻璃成像屏（19）中心，同样是中心光束的中心，确定图像中心的像元坐标，也就是在Photoshop坐标系中的坐标；

（3）再以图像中心点为原点建立X-Y-Z直角坐标系，Z轴与本发明之装置中的光轴同轴，与每幅图像对应的截面的实际轮廓线作为平面曲线位于X-Y坐标平面上，在实际轮廓线的近似圆周上间隔相同角度确定若干个采集点，先确定这些采集点在Photoshop坐标系中的像元坐标，再根据单个像元的所代表的实际尺寸值求得采集点像元在X-Y-Z直角坐标系的坐标值，采用最小二乘法得到各截面实际轮廓线的最小二乘基圆的圆心坐标O_0j（X_0j，Y_0j），j为截面序号，比较某个截面的实际轮廓线上的各采集点在X-Y-Z直角坐标系的坐标值，确定D_jmax、D_jmin，根据公式求得某个截面的圆度ΔC_j；在不同截面的最小二乘基圆的圆心坐标O_0j（X_0j，Y_0j）与图像中心点坐标O(0、0)的偏差d_j中确定最大值偏差d_max，根据公式ΔS=2d_max求得被测柱孔20的直线度ΔS。