[实用新型]一种基于光谱共焦位移测量技术的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基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统，包括由白光光源1、光纤耦合器2、光纤滑环3、90度出光色散物镜4、光谱仪5组成的可旋转式90度出光光谱共焦位移测量系统，由直线位移平台控制器6、直线位移平台7、旋转平台控制器8、旋转平台9组成的三维机械扫描系统及计算机10。通过可旋转式90度出光光谱共焦位移测量系统获取由系统测量头距离孔内表面单点径向位移信息，同时通过三维机械扫描系统实现位移测量系统对孔内表面三维点云信息获取，经计算机点云数据处理，实现小孔高精度、非接触、自动化三维成像及孔径、孔光洁度、孔圆度等信息测量。

技术领域

本发明涉及小孔检测领域,具体涉及一种基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统。

背景技术

机械工业、航空航天、国防工业等领域的发展，对小尺寸孔零件提出精密加工要求的同时，也对其高精度的检测提出了更高的要求。发展适用于小孔径、高纵深比的高精度、自动化三维成像的小孔检测方法和设备显得非常迫切。

目前，小孔测量方法有接触法和非接触法两类，其中，接触法有塞规测量、千分尺测量、三坐标测量等；非接触法有光学显微镜成像、气动测量、电容式测量等。塞规法和千分尺法方法简单，精度低，测量过程靠人工手动调整，难以实现高精度自动化测量；三坐标测量方法是光机电结合测量法，精度达亚微米级，可自动化三维成像，但测头容易机械变形，系统价格昂贵，不适于现场测量；光学显微镜成像方法，精度微米级，但对深孔测量困难；气动测量方法，精度微米级，可自动三维成像，但对供气要求高，响应时间长；电容式测量方法易受干扰，精度亚微米。以上常用小孔测量方法各有优缺点，但要适用于小孔、深孔、盲孔的高精度、非接触、自动化的检测较困难，因此，传统的检测手段已不能全面解决新的问题，必须发展新的检测技术以满足检测要求。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统，它能克服现有技术的缺陷，通过利用光谱共焦测距技术、三维机械扫描技术、点云数据处理技术，实现小孔高精度、非接触、自动化检测，应用于小孔、深孔、盲孔的内表面三维成像及孔径、孔光洁度、孔圆度等信息高精度测量。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提出一种基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统，包括由白光光源1、光纤耦合器2、光纤滑环3、90度出光色散物镜4、光谱仪5组成的可旋转式90度出光光谱共焦位移测量系统，由直线位移平台控制器6、直线位移平台7、旋转平台控制器8、旋转平台9组成的三维机械扫描系统及计算机10，其特征在于，可旋转式90度出光光谱共焦位移测量系统测量得到由垂直出光色散物镜4组成的光谱共焦位移测量头距离孔内表面的径向位移，计算机10控制三维机械扫描系统带载光谱共焦位移测量头进行三维扫描，进而获得孔内表面三维点云信息，经计算机10三维点云数据处理，实现小孔高精度、非接触、自动化三维成像及孔径、孔光洁度、孔圆度等信息高精度测量。

本发明所提供的基于光谱共焦位移测量技术的小孔内表面三维成像检测系统，其中光谱共焦位移测量系统用于实现由垂直出光色散物镜4组成的光谱共焦位移测量头距离孔内表面的位移高精度测量，系统由白光光源1、光纤耦合器2、光纤滑环3、90度出光色散物镜4、光谱仪5组成，其中光纤滑环3用于解决光纤缠绕问题。测距原理如下：白光光源1发出的复色光耦合进光纤耦合器2，经光纤滑环3后在光纤端口可近似看做点光源出射，点光源经90度出光色散物镜4后产生光谱色散，在光轴上成像并形成一系列连续分布的对应不同光波长的聚焦光斑，当系列聚焦光斑范围内放置一被测物体，则色散光会被被测物体表面反射，反射光再次通过90度出光色散物镜4并成像于光纤端面，只有被测量物体表面位置满足共焦条件的单色光进入光纤端面的光通量最大，离焦反射的其他光谱成分所进入光纤端面的光通量则较小，反射光经光纤滑环3、光纤耦合器2后到达光谱仪5，光谱仪5对反射光信号进行解谱并确定其光通量最大波长，以此反推被测物体表面与色散镜头之间的距离，这样就建立了波长信息与位置信息间的关系，即构成光谱共焦测量系统，从而实现位移测量。