[实用新型]一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统

说明书

本实用新型公开一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统，实现对小孔内表面形貌精确三维成像及孔径、孔光洁度、孔圆度信息的高精度测量。包括由激光光纤干涉单元1、微型90度出光光学系统2、导电滑环3、干涉信号处理单元4组成的可旋转式90度出光激光光纤干涉位移测量系统，由相机5组成的表面光学成像系统，由旋转平台驱动器6、旋转平台7、直线位移平台驱动器8、直线位移平台9组成的三维机械扫描系统和计算机10。系统利用激光干涉位移测量系统，结合三维机械扫描机构进行孔内表面点云测量，并运用点云处理算法进行孔内表面三维重构，是一种新型的小孔内表面形貌及孔径、孔光洁度、孔圆度信息的高精度、非接触、自动化三维测量系统。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统。

背景技术

工业发展过程中，机械制造水平的提高与精密测量技术是密不可分的，精密测量技术是保证产品质量的重要手段，也是进行科学研究的重要基础。随着机械工业、航空航天业、国防业的不断发展，对小尺寸精密零件，尤其是对小孔的高难度、高精度、自动化检测提出了更高的要求。

针对小孔的测量，目前主要有接触式测量和非接触式测量。接触式测量主要包括塞规法、千分尺、三坐标测量法等。其中塞规法和千分尺测量方法简单，操作方便，但其测量精度有限，无法完成小孔的精密测量，且不易自动化；三坐标测量法成本高，不适合现场测量。非接触式测量包括电容式测量、气动测量和光学显微成像等。电容式测量响应快，操作方便，但其测量精度易受材料性质和外界干扰，测量精度不稳定；气动测量精度高，但对供气要求较高，且气动测量系统对喷嘴与被测工件间隙有较高要求，间隙过大或过小，都会引起测量非线性误差，测量范围窄；光学显微成像在几何测量领域应用较为广泛，其精度较高，然而大多只是对平面二维图形或零件进出口的尺寸和形状进行检测，深孔检测困难。以上常用小孔测量方法各有优缺点，然而要适用于小孔径、高纵深比精密小孔内部的高精度、非接触、自动化的检测较困难，因此，如何开发适用于小孔径、高纵深比精密小孔内表面形貌及孔径、孔光洁度、孔圆度等高精度自动检测系统，成为小孔测量方面亟需解决的一个难题。

发明内容

针对目前小孔检测方向从单一孔径检测向孔内表面高精度自动化三维成像发展，且对孔径小、纵深比较大的小孔实现高精度、高效率、宽范围、无损的自动化成像检测较为困难的问题。本发明克服现有技术的不足，提供一种光纤干涉式小孔内表面自动化三维成像检测系统，实现孔径小、纵深比较大的小孔内表面形貌及孔径、孔光洁度、孔圆度等高精度自动检测。其中，该系统利用激光光纤干涉位移测量系统进行高精度高效非接触位移测量，其位移测量精度优于检测激光的半波长，测量范围较宽；系统利用三维机械扫描系统实现激光光纤干涉位移测量系统对小孔内表面形貌的三维自动化扫描检测；系统利用点云数据处理算法实现小孔内表面形貌的三维重构；系统使用微型垂直出光光学系统可将本系统应用于深孔检测。

本发明所提出的技术问题是通过以下技术方案来实现的：包括由激光光纤干涉单元1、微型90度出光光学系统2、导电滑环3、干涉信号处理单元4组成的可旋转式90度出光激光光纤干涉位移测量系统，由相机5组成的表面光学成像系统，由旋转平台驱动器6、旋转平台7、直线位移平台驱动器8、直线位移平台9组成的三维机械扫描系统和计算机10。激光光纤干涉单元1发射激光，通过微型90度出光光学系统2垂直出射至待测小孔内表面，经表面反射后的激光耦合进微型90度出光光学系统2并沿原路返回至激光光纤干涉单元1，在其内部与参考光发生光干涉，干涉光电流信号经过导电滑环3送入干涉信号处理单元4从而获取孔内表面的起伏位移，结合相机5表面光学成像系统成像获取孔表面孔径信息，得到微型90度出光光学系统2距离孔内表面径向距离信息。计算机10通过旋转平台驱动器6和直线位移平台驱动器8分别控制旋转平台7和直线位移平台9实现可旋转式90度出光激光光纤干涉位移测量系统完成至上而下三维扫描检测，最终得到孔内表面三维点云信息，点云数据经计算机10点云处理算法处理后，即可实现小孔内表面形貌高精度、非接触、自动化三维成像及孔径、孔光洁度、孔圆度等高精度测量。