[发明专利]基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统，包括有用于支撑圆弧刃车刀的载物台(8)，所述载物台(8)上方由下至上沿光路依次设置有物镜(7)、线性位移台(5)、分光棱镜(3)、第二透镜(2)和CCD相机(1)，所述分光棱镜(3)的入射光路上由内向外设置有第一透镜(10)和单色光光源(4)，所述物镜(7)的外侧套有环形光源(6)，所述CCD相机(1)的信号输入输出端和线性位移台(5)的信号输入输出端分别连接计算机(9)，其特征在于，检测方法包括如下步骤：

1)分别获取圆弧刃车刀的前刀面图像序列和刀尖图像序列；

2)使用聚焦评价函数分别计算前刀面图像序列和刀尖图像序列中每个像素点的聚焦评价函数值，并去除因样品不规则或杂质而形成的无效像素点；

3)使用高斯插值方法得到有效像素点的聚焦评价函数最大值的位置，再滤除异常像素点，分别得到最终圆弧刃车刀的前刀面三维数据和刀尖三维数据；

4)对前刀面三维数据进行最小二乘平面拟合，拟合得到的平面与垂直光轴的平面间的夹角为前角γ，前刀面三维数据去除面形影响后，计算得到前刀面表面粗糙度S_a；

5)对刀尖三维数据中的前刀面三维数据进行最小二乘平面拟合，由拟合得到的平面与垂直光轴的平面间的夹角对整体数据旋转调平，得到旋转调平后的前刀面三维数据和后刀面三维数据，旋转调平后前刀面三维数据拟合得到的平面与光轴垂直，从旋转调平后的前刀面三维数据和后刀面三维数据中提取刀尖轮廓，分割刀尖轮廓中圆弧数据和直线数据，使用最小二乘法拟合圆弧得到拟合圆弧数据，由拟合圆弧数据得到拟合圆弧中心、圆弧半径R和圆弧角度θ，由刀尖轮廓中圆弧数据与拟合圆弧数据得到圆度ΔR以及轮廓度ΔR_i；

6)过拟合圆弧中心和刀尖轮廓顶点并平行光轴方向确定一平面，旋转调平后的前刀面三维数据和后刀面三维数据分别与所述的平面相交，分别得到第一交线和第二交线，前刀面与后刀面夹角为第一交线和第二交线的夹角β，由此得到后角α＝90-γ-β。

2.根据权利要求1所述的基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，其特征在于，步骤1)包括：

(1.1)打开单色光光源，调节载物台与系统光轴垂直；

(1.2)固定圆弧刃车刀于载物台上，使圆弧刃车刀的前刀面对应于物镜；

(1.3)通过计算机驱动线性位移台对圆弧刃车刀的前刀面进行垂直扫描，同时计算机控制CCD相机进行图像采集，获得不同聚焦程度的前刀面图像序列；

(1.4)将圆弧刃车刀卸下，将刀具夹具倾斜安装于载物台上，圆弧刃车刀安装在刀具夹具上，使圆弧刃车刀的刀尖对应于物镜，打开环形光源；

(1.5)通过计算机驱动线性位移台对圆弧刃车刀的刀尖进行垂直扫描，同时计算机控制CCD相机进行图像采集，获得不同聚焦程度的刀尖图像序列。

3.根据权利要求2所述的基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，其特征在于，第(1.1)步所述的调节载物台与系统光轴垂直，是用干涉物镜替换检测系统中的物镜，将平面镜放置在载物台上，调节载物台使CCD相机图像中出现的干涉条纹为一条以下，再将干涉物镜换为检测系统中的物镜。

4.根据权利要求2所述的基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，其特征在于，第(1.5)步包括使用单色光光源的不同光强对圆弧刃车刀的刀尖进行多次垂直扫描。

5.根据权利要求1所述的基于变焦测量的圆弧刃车刀几何参数三维检测系统的检测方法，其特征在于，步骤2)所述的使用聚焦评价函数分别计算前刀面图像序列和刀尖图像序列中每个像素点的聚焦评价函数值，是采用如下公式：

式中，I(x,y)为像素点，F(x,y)为像素点I(x,y)处的聚焦评价函数值。