CN104833321B - 一种金属表面特征检测装置 - Google Patents

Abstract

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；所述六边形支撑架升降装置承载和固定被检测零件，用于调节被检测零件与信息采集装置的距离；所述电光源调节装置设于六边形支撑架升降装置上，用于对被检测零件的表面提供光源；所述信息采集装置设于六边形底座上，用于提取被检测零件表面反射的图像信息。

Description

一种金属表面特征检测装置

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；

所述六边形支撑架升降装置承载和固定被检测零件，用于调节被检测零件与信息采集装置的距离；

所述电光源调节装置设于六边形支撑架升降装置上，用于对被检测零件的表面提供光源；

所述信息采集装置设于六边形底座上，用于提取被检测零件表面反射的图像信息；

进一步的，所述底座调平装置包括六边形底座和底座微调螺钉，所述底座微调螺钉的数量为六个，六边形底座的六个顶点附近各设有一个底座微调螺钉，底座微调螺钉与所在六边形底座的顶点位置相同，且相邻底座螺钉之间的距离相等；

进一步的，所述的六边形支撑架升降装置包括圆柱齿条、直齿轮、齿轮转轴、竖连接板、带轴承的主支撑板、竖直直线导轨支撑板、啮合块、六边形支撑架、直线轴承、竖直直线导轨、连接螺钉、竖直直线导轨滑块和连接板a，其中，圆柱齿条一端伸入直线轴承中，直线轴承固结在底座上，圆柱齿条中间部位和啮合块啮合在一起，啮合块固结在六边形支撑架上，圆柱齿条另一端与直齿轮啮合在一起，直齿轮的轴线与主支撑板上端的轴承轴线重合，并通过平键与齿轮转轴连接；六边形支撑架与连接板a固结在一起，连接板a通过连接螺钉固定在竖直直线导轨滑块上，竖直直线导轨滑块通过连接螺钉固定在竖直直线导轨上，竖直直线导轨通过连接螺钉固定在竖直直线导轨支撑板上，竖直直线导轨支撑板与底座固结在一起；

进一步的，所述的点光源调节装置包括六边形支撑架、横向直线导轨滑块、横向直线导轨、连接板c、带轴承的连接臂、点光源转轴和点光源，其中，点光源的轴线与连接臂的轴承轴线重合，并通过平键与点光源转轴连接，连接臂与连接板c固结，连接板c通过螺钉固定在横向直线导轨滑块上，直线导轨滑块通过螺钉固定在横向直线导轨上，横向直线导轨通过螺钉固定在六边形支撑架上；

进一步的，所述的信息采集装置包括微型相机、竖连接板、带连接杆的凸透镜、带螺纹孔的横连接板、支撑套、微型相机支架、连接板b、水平直线导轨和水平直线导轨滑块，其中，微型相机支架固结在凸透镜的连接杆上，微型相机放在微型相机支架内，凸透镜的连接杆穿过支撑套并通过杆身上自带的螺纹与横连接板上的螺纹孔连接，支撑套通过螺钉固定在横连接板上，横连接板两端向上折起一部分，通过螺钉与竖连接板固定在一起，竖连接板端部有折起，通过螺钉固定在水平直线导轨滑块上，水平直线导轨滑块通过螺钉固定在水平直线导轨上，水平直线导轨通过螺钉固定在连接板b上，连接板b通过螺钉固定在带轴承的主支撑板上。

采用上述技术方案，不但可以保证金属零件表面检测的精确性，而且可以提高检测的工作效率，适合大批量、高精度的进行检测，特别适合具有较大表面的零件检测。

附图说明

图1为一种金属表面特征检测装置的原理图。

图2为一种金属表面特征检测装置整体结构主视图。

图3为一种金属表面特征检测装置的整体结构立体图。

图4为一种金属表面特征检测装置连接臂处局部视图一。

图5为一种金属表面特征检测装置连接臂处局部视图二。

其中：1、圆柱齿条；2、直齿轮；3、齿轮转轴；4、微型相机；5、竖连接板；6、主支撑板；7、竖直直线导轨支撑板；8、啮合块；9、六边形支撑架；10、直线轴承；11、六边形底座；12、底座微调螺钉；13、竖直直线导轨；14、连接螺钉；15、竖直直线导轨滑块；16、连接板a；17、圆柱凸透镜；18、横连接板；19、支撑套；20、微型相机支架；21、连接板b；22、水平直线导轨；23、水平直线导轨滑块；24、横向直线导轨滑块；25、横向直线导轨；26、连接板c；27、连接臂；28、点光源转轴；29、点光源。

具体实施方式

下面参照附图中示出的本发明的实施例来详细描述本发明。但是本发明的构思不应限于这些实施例，这些实施例也并非本发明可能实施的唯一形式。应当认为能实现相同或相等功能的不同实施方式也被包括在本发明的精神和范围之内。进一步，这些实施例会详细全面地公开本发明，并向本领域技术人员全面传达本发明的保护范围。

结合图2-5的具体实施例为：

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。在底座调平后，由六边形支撑架升降装置和点光源调节装置共同控制，实现点光源与待检测表面的相对位置的精确调节，进而由信息采集装置的凸透镜聚光，微型相机拍照，将拍摄到的反射光信传送至相应的软件进行分析，完成对金属表面特征水平的检测。

所述的底座调平装置包括：六边形底座11、底座微调螺钉12。六个微调螺钉分别位于六角形底座11的六个顶点附近，且各螺钉到相应顶点的距离相同。在底座支撑面不够平整时，可以配合水平仪，调节底座微调螺钉12，以使底座严格平整。

所述的六边形支撑架升降装置包括：圆柱齿条1、直齿轮2、齿轮转轴3、竖连接板5、主支撑板(带轴承)6、竖直直线导轨支撑板7、啮合块8、六边形支撑架9、直线轴承10、竖直直线导轨13、连接螺钉14、竖直直线导轨滑块15、连接板a16。其中，圆柱齿条1一端伸入直线轴承10中，而直线轴承10固结在六边形底座11上，中间部位和啮合块8啮合在一起，而啮合块8固结在六边形支撑架9上，另一端与直齿轮2啮合在一起，而直齿轮2的轴线与主支撑板6上端的轴承轴线重合，并通过平键与齿轮转轴3连接；六边形支撑架9与连接板a16固结在一起，而连接板a16通过连接螺钉14固定在竖直直线导轨滑块15上，且竖直直线导轨滑块15通过连接螺钉固定在竖直直线导轨13上，竖直直线导轨13通过连接螺钉固定在竖直直线导轨支撑板7上，竖直直线导轨支撑板7与六边形底座11固结在一起。

所述的点光源调节装置包括：六边形支撑架9、横向直线导轨滑块24、横向直线导轨25、连接板c26、连接臂27(带轴承)、点光源转轴28、点光源29。其中，点光源29的轴线与连接臂27的轴承轴线重合，并通过平键与点光源转轴28连接，连接臂27与连接板c26固结，连接板c26通过螺钉固定在横向直线导轨滑块24上，直线导轨滑块24通过螺钉固定在横向直线导轨25上，横向直线导轨25通过螺钉固定在六边形支撑架9上。

所述的信息采集装置包括：微型相机4、竖连接板5、圆柱凸透镜17(带连接杆)、横连接板18(带螺纹孔)、支撑套19、微型相机支架20、连接板b21、水平直线导轨22、水平直线导轨滑块23。其中，微型相机支架20固结在圆柱凸透镜17的连接杆上，微型相机4放在微型相机支架20内，圆柱凸透镜17的连接杆穿过支撑套19并通过杆身上自带的螺纹与横连接板18上的螺纹孔连接，支撑套19通过螺钉固定在横连接板18上，横连接板18两端向上折起一部分，通过螺钉与竖连接板5固定在一起，竖连接板5端部有折起，通过螺钉固定在水平直线导轨滑块23上，水平直线导轨滑块23通过螺钉固定在水平直线导轨22上，水平直线导轨22通过螺钉固定在连接板b21上，连接板b21通过螺钉固定在主支撑板(带轴承)6上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一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；

所述六边形支撑架升降装置承载和固定被检测零件，用于调节被检测零件与信息采集装置的距离；

所述点光源调节装置设于六边形支撑架升降装置上，用于对被检测零件的表面提供光源；所述的点光源调节装置包括六边形支撑架、横向直线导轨滑块、横向直线导轨、连接板c、带轴承的连接臂、点光源转轴和点光源，其中，点光源的轴线与连接臂的轴承轴线重合，并通过平键与点光源转轴连接，连接臂与连接板c固结，连接板c通过螺钉固定在横向直线导轨滑块上，横向直线导轨滑块通过螺钉固定在横向直线导轨上，横向直线导轨通过螺钉固定在六边形支撑架上；

所述信息采集装置设于六边形底座上，用于提取被检测零件表面反射的图像信息；所述的信息采集装置包括微型相机、竖连接板、带连接杆的凸透镜、带螺纹孔的横连接板、支撑套、微型相机支架、连接板b、水平直线导轨和水平直线导轨滑块，其中，微型相机支架固结在凸透镜的连接杆上，微型相机放在微型相机支架内，凸透镜的连接杆穿过支撑套并通过杆身上自带的螺纹与横连接板上的螺纹孔连接，支撑套通过螺钉固定在横连接板上，横连接板两端向上折起一部分，通过螺钉与竖连接板固定在一起，竖连接板端部有折起，通过螺钉固定在水平直线导轨滑块上，水平直线导轨滑块通过螺钉固定在水平直线导轨上，水平直线导轨通过螺钉固定在连接板b上，连接板b通过螺钉固定在带轴承的主支撑板上。

2.如权利要求1所述的一种金属表面特征检测装置，其特征是所述底座调平装置包括六边形底座和底座微调螺钉，所述底座微调螺钉的数量为六个，六边形底座的六个顶点附近各设有一个底座微调螺钉，底座微调螺钉与所在六边形底座的顶点位置相同，且相邻底座螺钉之间的距离相等。

3.如权利要求2所述的一种金属表面特征检测装置，其特征是所述的六边形支撑架升降装置包括圆柱齿条、直齿轮、齿轮转轴、竖连接板、带轴承的主支撑板、竖直直线导轨支撑板、啮合块、六边形支撑架、直线轴承、竖直直线导轨、连接螺钉、竖直直线导轨滑块和连接板a，其中，圆柱齿条一端伸入直线轴承中，直线轴承固结在底座上，圆柱齿条中间部位和啮合块啮合在一起，啮合块固结在六边形支撑架上，圆柱齿条另一端与直齿轮啮合在一起，直齿轮的轴线与主支撑板上端的轴承轴线重合，并通过平键与齿轮转轴连接；六边形支撑架与连接板a固结在一起，连接板a通过连接螺钉固定在竖直直线导轨滑块上，竖直直线导轨滑块通过连接螺钉固定在竖直直线导轨上，竖直直线导轨通过连接螺钉固定在竖直直线导轨支撑板上，竖直直线导轨支撑板与底座固结在一起。