[实用新型]色散共焦自旋转内窥探测装置

说明书

本实用新型涉及一种色散共焦自旋转内窥探测装置。本实用新型首次提出用光束折转机构对色散物镜出射的测量光束折转一定角度聚焦在孔类样品内表面上，通过共焦光谱探测系统对孔类样品反射回的光束空间滤波并探测其光谱信息，通过处理探测的光谱信息获取孔类样品内表面在测量光束光轴方向的位移信息，通过旋转光束折转机构使得测量光束光轴绕色散物镜光轴旋转聚焦在孔类样品内表面不同位置，进而获得孔类样品内表面不同位置在测量光束光轴方向的位移信息。本实用新型将光束折转技术与色散共焦测量技术相结合，能够直接测量孔类样品内表面形貌信息，在孔类样品内表面尺寸误差、形状误差、位置误差、缺陷信息的检测方面有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型属于色散共焦位移测量技术领域，可将本实用新型应用到孔类零件内表面形貌测量和孔类透明介质的厚度测量，实现孔状零件内表面的内窥检测。

背景技术

孔类零件如轴承、气缸、液压缸和火炮炮管等，在汽车工业和国防工业等领域有着广泛且重要的应用。但是，制造过程中刀具的扰度和振动等因素往往导致孔类零件的加工精度难以保证，如尺寸误差、形状误差和位置误差等超出公差要求。此外，孔类零件常用于轴孔配合中，通常面临较严峻的磨损、振动和热环境，因此其内壁容易发生裂纹等缺陷，从而影响孔类零件的服役性能。因此，若能实现孔类零件内表面的尺寸误差、形状误差、位置误差和缺陷等的检测对孔类零件的质量监控和故障诊断具有重要意义。

为了实现孔类零件内表面的检测，研究人员发展了一系列测量装置，主要包括内径千分表、三坐标测量机、激光测距装置、条纹投影装置、圆结构光投影装置等。其中，内径千分表利用三个测头与孔类零件内表面直接接触获取三个测头的读数，通过三点拟合圆获取孔类零件的内径或尺寸误差。三坐标测量机通过操作测头与孔类零件内表面接触获取测头球心坐标，经测头半径补偿得到被测点的三维坐标，利用评定算法处理测量得到的多个点的三维坐标进而获取孔类零件的尺寸、形状、位置等误差信息。激光测距装置通过激光测头发射一束单频激光脉冲作用于孔类零件内表面后被反射回测头，通过记录发射脉冲与回收脉冲的时间间隔计算被测点到测头的距离；旋转臂驱动测头进行周向扫描得到一个截面上被测点的距离信息进而获取尺寸误差和形状误差等信息；移动机构驱动整个旋转臂在孔类零件的纵深方向运动完成内表面的扫描，得到孔类零件内表面形貌，进而获取位置误差信息。条纹投影装置利用宽带光源和喷涂正弦螺旋线的透明玻璃管将正弦条纹投射到孔类零件内表面，通过步进电机驱动玻璃管旋转实现相位步进并采集对应的条纹图像，根据相位解算方法计算孔类零件内表面上各点的深度信息，进而获取尺寸、形状、位置等误差和缺陷等信息。圆结构光装置采用锥面镜将准直激光反射形成的圆形结构光照射在孔类零件内表面，根据结构光几何参数、相机参数和光环图像上点坐标的相互关系，通过处理相机采集的光环图像获取孔类零件内表面点的三维坐标。当沿着孔类零件纵深方向移动测量设备时，能够得到孔类零件内表面的完整三维点云数据，进而获取尺寸误差、形状误差、位置误差和缺陷等信息。

在上述测量设备中，内径千分表由于存在较大的定位误差因而精度较低，由于需要接触孔类零件内表面因而测量效率低，由于测头横向分辨率较低因而无法实现零件内表面缺陷的检测；此外该装置也无法实现异形孔的检测。三坐标测量机精度较高，但是测量灵活性和测量效率较低，也无法获取缺陷信息；激光测距装置的结构复杂、体积大、运动多，精度难以保证，较适合于大尺寸孔类零件的检测，难以小型化，也难以获取缺陷等信息。条纹投影装置的精度受限于投影的正弦条纹的质量，但是投影条纹需要经过玻璃管存在一定变形，上述误差的存在限制了其测量精度。圆结构光投影装置由于投射在孔类零件内表面的光束无聚焦因而无法以较高分辨率获取缺陷信息，此外上述测量装置从测量原理上属于光学三角法，其测量精度受到限制。

实用新型内容