[发明专利]一种金属表面特征检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种金属表面特征检测装置。

背景技术

零件表面加工结束后形成不同类型的表面特征，譬如凹坑、凸起、划痕等等，这些不同类型的特征是形成零件表面各种形状误差的主要原因。利用各种手段检测零件表面特征是精确保证零件加工精度的一种重要方法。譬如利用探针式表面粗糙度仪，光切法显微镜等等，都可以较为精确地测量零件表面的特征。但是传统的表面检测方法存在一些问题，譬如效率问题等。目前，很多零件的生产都属于批量生产，包括某些高精度零件的精密加工，为了保证产品的精度，每个零件都需要精密测量，满足要求后，才能进行那个后续的装配或者检测工序。因此，传统的表面人工检测方法效率太低，不能满足批量精密测量的需要，非常迫切的需要对精加工表面进行高效的精密测量。另外，目前的利用光学方法进行表面检测的光切显微镜，由于其视野范围太窄，也不利于全面的高效的检测零件较大表面的特征。

现有检测方法存在上述的种种问题，要解决问题，需要转换解决问题的思路，采用完全不同于上述检测方法的技术方案，我们知道，零件表面凹凸不平的特征对光的反射强度存在差异，上述差异可以通过特定的算法计算就可以得到零件表面平整度的结果，其原理如图1所示：在图示空间坐标系XYZ中，零件表面存在一凹坑A，该凹坑的表面轮廓可表示为曲面方程F(x，y，z)＝0，任意一点的法向量为{F_x，F_y，F_z}，其中如果将该凹坑的表面轮廓曲面方程显性表示，则该曲面可表示为Z＝f(x，y)，令F＝f(x，y)-Z，则该曲面任意一点的法向量为0＝{f_x，f_y，f_z}，其中曲面任意一点的法向量影响着投射光的反射强度。同时，在空间坐标系XYZ中存在一点光源B，该点光源在坐标系中的位置如图所示，与Z轴夹角为α，其在XOY平面的投影与X轴夹角为β角，因此，该光源光强的单位向量可表示为D＝{sin α cos β，sin α sin β，cos α}。该光源发出的一部分光经零件凹坑表面的反射，进入相机。相机进行摄像，获得在点光源B照射下零件表面及其表面凹坑的图像。该图像的单位光强还与零件材质的反射率ρ有关系。因此，光源发出单位强度的光经零件凹坑表面的反射在相机上的光强Q可表示为Q＝ρD.0，由于反射率ρ和曲面的法向量0与曲面的位置有关，所以Q可表示为：Q(x，y)＝ρ(x，y)D.0(x，y)＝ρ(x，y)(f_xsin α cos β+f_y sin α sin β-cos α)，其中f_x和f_y可表示为f_x＝u(x，y)，f_y＝v(x，y)，所以，最终零件图片不同位置点的单位光强为：

由于零件表面凹坑的尺寸，深度差异，最终经该凹坑曲面反射的光强就有差异，形成的零件图片也就有差异。经机器视处理软件HALCON处理，就能够分辨出零件不同位置的凹坑形状、位置。

根据不同位置点的单位光强Q(x，y)公式可知，该光强与位置点的反射率ρ(x，y)、光源的位置α、β有关，因此，理论上对于同一点的表面情况分析，至少需要三幅不同图像才能确定表面不同位置的光强。但是实际上由于表面形状及其复杂，譬如，凹坑、凸起、划痕等等，点光源的位置直接影响这些表面特征的反射光强，因此，为了保证检测的准确性，在检测装置点光源的设计上采用了两种方式在确保真实的呈现零件表面特征。第一，点光源增加到了6个，即在点光源位置不变的情况下，对于零件表面同一特征的识别可以从6幅图像获得。第二，点光源的位置可调，无论是α还是β角，6个点光源的位置都可以自由调整。基于此两点，对于大部分的表面特征，都可以通过固定的6个点光源获得相应的图像，并根据图像进行识别其表面特征。而对于部分表面特征，由于其形状的奇异性，可能需要对点光源的位置反复调整，才能找到最佳的图像位置，从而获得准确的表面特征图像。

依照上述原理，需要设计一种对应的检测设备才能完成相应的金属表面检测工作。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种可以对金属表面快速高效进行平整度检测的金属表面特征检测装置，采用的技术方案如下：

一种金属表面特征检测装置，包括底座调平装置、六边形支撑架升降装置、点光源调节装置、信息采集装置；

所述底座调平装置包括六边形底座和底座微调装置，用于承载检测装置并调节检测装置的水平度；