本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種光切式標(biāo)準(zhǔn)傷痕深度檢測裝置。

背景技術(shù)：

無損檢測行業(yè)中金屬材質(zhì)的傷痕，一般由超聲、渦流、滲透等原理的儀器設(shè)備，通過一個標(biāo)準(zhǔn)傷痕與相同材質(zhì)的受檢傷痕進(jìn)行比較來完成檢測。一般的無損檢測標(biāo)準(zhǔn)傷痕試塊作為探傷儀器的附件，精度要求不高。隨著電子行業(yè)的發(fā)展，以及航空、核能等行業(yè)傷痕高精度測量需求的增多，標(biāo)準(zhǔn)傷痕需進(jìn)行定期的量值溯源，而我國目前還沒有專用的校準(zhǔn)裝置。標(biāo)準(zhǔn)傷痕通常為深窄槽或孔的形狀，三坐標(biāo)測量機(jī)等基于接觸測量方法的計量儀器無法對此類傷痕實(shí)現(xiàn)測量。而由于傷痕窄且深，采用投影法也無法聚焦到傷痕內(nèi)部的正確截面。光切法是近十多年發(fā)展起來的一種三維曲面非接觸測量法，其原理是用線光源以一定角度照射被測物體，在其表面產(chǎn)生一條明亮的光帶，反映出被測表面在深度方向上的外輪廓形狀。通過CCD可獲得光帶的數(shù)字圖像，經(jīng)計算機(jī)處理即可得到該目標(biāo)物體表面的三維輪廓信息。

天津大學(xué)研制了一種基于光切原理的小型深度尺寸測量儀, 測量精度可達(dá)±0.001mm。該測量儀是通過增加光學(xué)系統(tǒng)景深的方式提高測量范圍，可測量2mm內(nèi)的高度尺寸, 很難再繼續(xù)提高。華中科技大學(xué)為測量不銹鋼管外表面窄淺刻槽的深度，提出了基于光切法采用攝像頭獲得不銹鋼管表面和刻槽底部的圖像，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對這些圖像進(jìn)行處理并獲得刻槽深度的方法。但這種方法需要進(jìn)行CCD的像素大小與對應(yīng)的測量距離的轉(zhuǎn)換，即需要對CCD進(jìn)行標(biāo)定，因此測量精度有限。中國計量學(xué)院基于光切法研制了一套現(xiàn)場測量系統(tǒng)，同樣需要對圖像傳感器進(jìn)行標(biāo)定后才能獲得測量值，在200~500μm的測量范圍內(nèi)相對測量不確定度為1%，而且由于視場范圍限制深度測量范圍只能達(dá)到1mm。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提高傷痕深度檢測的精度，設(shè)計了一種光切式標(biāo)準(zhǔn)傷痕深度檢測裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

光切式標(biāo)準(zhǔn)傷痕深度檢測裝置主要由主體光路、運(yùn)動模塊、光源模塊、圖像采集模塊、測量模塊、測量標(biāo)準(zhǔn)器以及工作臺和底座幾大部分組成。

所述的主體光路由9J型光切顯微鏡光路經(jīng)改造后形成，去除了原光路中的2片濾光片，提高了光帶的光強(qiáng)度；并將其光源的狹縫由原來的200μm調(diào)節(jié)至20μm，方便后續(xù)進(jìn)行圖像處理。

所述的運(yùn)動模塊由可z 向調(diào)節(jié)的顯微鏡導(dǎo)軌組成，它固定在花崗巖底座上，并可帶動主體光路及外殼沿z向運(yùn)動。

所述的測量標(biāo)準(zhǔn)器采用測量精度為±0.2 μm的增量式光柵傳感器（長度計），它固定在z向?qū)к壍纳戏?，并且通過機(jī)械設(shè)計和裝校保證其測量軸線與工作臺表面垂直，并與光切顯微鏡光路的法線重合，使得測量符合阿貝原則。

所述的測量模塊一端固定在主體光路外殼上，另一端與長度計的測頭相接觸，用于在z 向調(diào)節(jié)導(dǎo)軌時推動長度計測桿，獲得測量值。用于放置被測件的工作臺具有沿x、y 向運(yùn)動以及繞z 軸旋轉(zhuǎn)的功能，通過調(diào)節(jié)微分頭可實(shí)現(xiàn)小型被測件的定位和寬度的尺寸測量。

所述的圖像采集模塊中引入機(jī)器視覺技術(shù)，使用了像素尺寸為2.2μm×2.2μm的數(shù)字CCD代替人眼連續(xù)采集光帶圖像。

本發(fā)明的有益效果是：

本項目基于光切原理，將光切圖像用于瞄準(zhǔn)，提出了兩次調(diào)焦和兩次瞄準(zhǔn)的測量方法。并采用高精度長度計作為深度測量標(biāo)準(zhǔn)器，通過機(jī)械設(shè)計和裝校使深度測量符合阿貝原則。同時引入機(jī)器視覺技術(shù)，通過自編軟件可實(shí)現(xiàn)光帶與基準(zhǔn)線的自動瞄準(zhǔn)判斷，提高了測量重復(fù)性和測量便捷性。最終，本裝置的深度測量范圍達(dá)到10mm，深度測量不確定度為U=1.5μm，k=2。本裝置除了能滿足在實(shí)驗室測量小型標(biāo)準(zhǔn)件的需求外，還可更換便攜式底座，拓展實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場測量大型標(biāo)準(zhǔn)件或工件的需要，填補(bǔ)大型管狀工件傷痕現(xiàn)場定量標(biāo)定的空白。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，四輪驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向自動駕駛底盤的電控系統(tǒng)主要由主體光路、運(yùn)動模塊、光源模塊、圖像采集模塊、測量模塊、測量標(biāo)準(zhǔn)器以及工作臺和底座幾大部分組成。光切顯微鏡是基于光切原理的經(jīng)典光學(xué)器件，主要用于表面粗糙度的測量。其測量深度范圍一般是0.8~80μm，原因就是光學(xué)系統(tǒng)中存在像差，在同一視場中中心位置的測量誤差比周圍位置的誤差小，所以光切顯微鏡測量時會將光帶調(diào)整在中心位置附近。因此，光切顯微鏡的深度測量范圍會受到視場范圍的限制。降低物鏡放大倍數(shù)后，如使用1倍物鏡，可測量的范圍雖然可以提高，但橫向分辨率會降低，無法分辨槽底的細(xì)微輪廓。因此，本文依據(jù)的新方法基于光切原理，但不直接測量光帶圖像，而將光切圖像用于瞄準(zhǔn)。采用在深度方向上兩次成像、兩次瞄準(zhǔn)的方法測量槽型輪廓的深度。每次都通過調(diào)整光路整體沿Z方向運(yùn)動，將光帶圖像調(diào)整到視場中心位置處，用固定的基準(zhǔn)線進(jìn)行瞄準(zhǔn)，兩次調(diào)整的z 向讀數(shù)之差即為槽的深度。此時，光學(xué)系統(tǒng)的像差對測量的影響被最小化，深度測量范圍也不會受到視場范圍的限制，而只和物鏡的前截距有關(guān)，選用7倍物鏡，深度測量范圍可提高到10mm。測量時將被測件放置在三維調(diào)節(jié)工作臺的中心位置，并用壓板壓緊，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)臺，使待測標(biāo)準(zhǔn)傷痕或槽形結(jié)構(gòu)的橫截面與光帶平行。調(diào)節(jié)裝置的z向?qū)к?，令主光路整體運(yùn)動進(jìn)行調(diào)焦。微調(diào)z向?qū)к?，并觀察光帶骨架線的運(yùn)動，當(dāng)光帶骨架線到達(dá)預(yù)設(shè)雙基準(zhǔn)線的中心位置，且軟件中給出瞄準(zhǔn)信號時，代表瞄準(zhǔn)完成。先將光帶聚焦在傷痕或槽的上表面，將長度計的讀數(shù)置0；再將光帶聚焦在傷痕的下表面，記錄長度計的讀數(shù)H；則得到傷痕或槽的深度值h。