CN105300326B - 油漆表面平整度定量检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油漆表面平整度定量检测方法及装置，所述方法包括以下步骤：S1，等间距逐点采集油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱，获得油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱矩阵；S2，计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差S3，根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz；S4，对所述的深度距离差Δz进行积分，即得油漆表面的平整度定量分布。本发明为检测汽车油漆表面的平整度提供了一种全新的检测技术，实现了对油漆表面的平整度进行定量检测，从而可以帮助人们更加直观具体的了解油漆表面的平整度情况，也可以更好的帮助人们寻找油漆表面存在起伏问题的原因，对于修改涂装工艺提供更加明确的指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种油漆表面平整度定量检测方法及装置，属于材料表面平整度检测技术领域。
背景技术
在汽车工业中，车身油漆的颜色、光泽和表面结构等影响着人们的视觉效果，即使是光泽度很高的涂膜，其外观也会受到表面波动度的影响，人们把这种效应称为“桔皮”，桔皮也可定义为“高光泽表面的波状结构”。油漆车身的桔皮可使涂层表面产生斑纹等视觉外观。
目前，对于油漆表面平整度的检测，涂装行业普遍采用桔皮仪来测量材料表面的桔皮状况。然而这种方法只能对油漆表面的平整度进行定性检测，检测油漆表面是否存在起伏情况，无法对油漆表面的平整度进行定量检测。
陈晓燕等人公开了一种名称为“光学棱镜灯”的实用新型专利(参考中国专利公告号CN2903685Y)，该光学棱镜灯利用透光棱镜对产品的油漆表面缺陷进行检测，在光学棱镜灯具的照射下，利用棱镜和平行条纹的作用，油漆表面光线会呈现出非规律性的变化，使凹凸、色差、划痕、细孔、桔皮等表面缺陷被检测出来。曹增华等人在此技术的基础上公开了一种“油漆表面质量检测装置”(参考中国专利公告号CN201876427U)，它包括检测板和若干个面积互不相同的检测窗口，从而解决了油漆表面检测时间长等问题，节省了检测人员的劳动强度。但是上述这些技术仍然均只能对油漆表面的平整度情况进行定性检测，无法实现定量检测。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种油漆表面平整度定量检测方法及装置，它可以有效解决现有技术中存在的问题，尤其是现有技术均只能对油漆表面的平整度进行定性检测，无法实现定量检测的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种油漆表面平整度定量检测方法，包括以下步骤：
S1，等间距逐点采集油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱，获得油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱矩阵；
S2，计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差
S3，根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz；
S4，对所述的深度距离差Δz进行积分，即得油漆表面的平整度定量分布。
优选的，步骤S2中所述的计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差具体包括以下步骤：对相邻位置的低相干光干涉光谱进行傅立叶变换，得对应的复指数函数；对所述的复指数函数进行相除，即得；其中，
位置1的低相干光干涉光谱为：
位置2的低相干光干涉光谱为：式中，I1(k)、I2(k)分别为位置1、位置2的光强信号，S(k)为光源光谱，ER为进入线阵相机的参考光振幅，ES为进入线阵相机的探测光振幅，k为波数，λ为中心波长，n为空气折射率，z1为光程差即深度信息，为初始相位，为由位置1到位置2的深度距离(即位置1到位置2之间的位移距离在纵轴上的投影)差所产生的相位差。
优选的，步骤S3中，所述的根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz具体通过以下方式获得：
从而可以更直观、准确的获得汽车油漆表面的平整度数据。
前述的油漆表面平整度定量检测方法中，假设油漆表面位置1处的深度为零点，则位置m处的深度距离为：
其中，Δzi为第i+1处与第i处的深度距离差，从而可以实现定量检测汽车油漆表面的平整度情况。
实现前述方法的油漆表面平整度定量检测装置，包括：宽带低相干光源、环形器、耦合器、A透镜、光栅、B透镜、线阵相机、计算机、参考***及探测***，宽带低相干光源所发出的光经环形器再经耦合器后分为两路，其中一路作为探测光进入探测***聚焦于油漆表面，另一路作为参考光进入参考***；经油漆表面反射的后向散射光和经参考***反射的参考光，经耦合器、环形器后，进入A透镜准直后照射到光栅，其干涉光谱经B透镜成像于线阵相机，线阵相机记录干涉光谱，并将其传送至计算机进行处理。
优选的，所述的参考***包括：C透镜、D透镜和参考镜，所述的参考光经C透镜准直后，再经D透镜聚焦于参考镜。
优选的，所述的探测***包括：E透镜、X振镜、Y振镜和F透镜，所述的探测光经E透镜准直后，再经X振镜、Y振镜反射，最后经F透镜聚焦于油漆表面，本探测***经过X振镜、Y振镜的震动实现了油漆桔皮表面的二维扫描。
与现有技术相比，本发明为检测汽车油漆表面的平整度提供了一种全新的检测技术，实现了对油漆表面的平整度进行定量检测，从而可以帮助人们更加直观具体的了解油漆表面的平整度情况，也可以更好的帮助人们寻找油漆表面存在起伏问题的原因，对于修改涂装工艺提供更加明确的指导。另外，本发明中的探测***通过设置X振镜、Y振镜，从而可以使得光动起来，实现对汽车油漆表面的不同位置进行扫描，进而获得油漆表面的平整度数据。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的装置结构连接示意图。
附图标记：1-宽带低相干光源，2-环形器，3-耦合器，5-A透镜，6-光栅，7-B透镜，8-线阵相机，9-计算机，10-参考***，11-探测***，12-C透镜，13-D透镜，14-参考镜，15-E透镜，16-X振镜，17-Y振镜，18-F透镜。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：一种油漆表面平整度定量检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1，等间距逐点采集油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱，获得油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱矩阵；
S2，计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差具体包括以下步骤：对相邻位置的低相干光干涉光谱进行傅立叶变换，得对应的复指数函数；对所述的复指数函数进行相除，即得；其中，
位置1的低相干光干涉光谱为：
位置2的低相干光干涉光谱为：式中，I1(k)、I2(k)分别为位置1、位置2的光强信号，S(k)为光源光谱，ER为进入线阵相机的参考光振幅，ES为进入线阵相机的探测光振幅，k为波数，λ为中心波长，n为空气折射率，z1为光程差即深度信息，为初始相位，为由位置1到位置2的深度距离差所产生的相位差；
S3，根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz：
S4，对所述的深度距离差Δz进行积分，即得油漆表面的平整度定量分布；
假设油漆表面位置1处的深度为零点，则位置m处的深度距离为：
其中，Δzi为第i+1处与第i处的深度距离差。
实现上述方法的油漆表面平整度定量检测装置，如图2所示，包括：宽带低相干光源1、环形器2、耦合器3、A透镜5、光栅6、B透镜7、线阵相机8、计算机9、参考***10及探测***11，宽带低相干光源1所发出的光经环形器2再经耦合器3后分为两路，其中一路作为探测光进入探测***11聚焦于油漆表面，另一路作为参考光进入参考***10；经油漆表面反射的后向散射光和经参考***反射的参考光，经耦合器3、环形器2后，进入A透镜5准直后照射到光栅6，其干涉光谱经B透镜7成像于线阵相机8，线阵相机8记录干涉光谱，并将其传送至计算机9进行处理。所述的参考***10包括：C透镜12、D透镜13和参考镜14，所述的参考光经C透镜12准直后，再经D透镜13聚焦于参考镜14。所述的探测***11包括：E透镜15、X振镜16、Y振镜17和F透镜18，所述的探测光经E透镜15准直后，再经X振镜16、Y振镜17反射，最后经F透镜18聚焦于油漆表面。
本实施例中的参考***10和探测***11还可以采用现有技术中的其他结构实现。
本发明的一种实施例的工作原理：宽带低相干光源1发出的光首先进入环形器2的A口，从环形器2的B口出来后，再经耦合器3后分成两路，一路作为探测光进入探测***11后聚焦于油漆表面，另一路作为参考光进入参考***10；经油漆表面反射的后向散射光及参考***10反射的参考光两路光进入耦合器3后，再进入环形器2的B口，从环形器2的C口出，经过A透镜5准直后照射到光栅6，其光谱经B透镜7成像于线阵相机8，线阵相机8记录干涉光谱，并将其传送至计算机9进行处理。
所述的参考***10用于提供参考光信号，包括：C透镜12、D透镜13和参考镜14，所述的参考光先经C透镜12转化为空间中的准直平行光，再经D透镜13聚焦于参考镜14，经参考镜14反射回来的光会沿着此光路返回到耦合器3。
所述的探测***11包括：E透镜15、X振镜16、Y振镜17和F透镜18，所述的探测光首先经过E透镜15变成准直光，然后经X振镜16、Y振镜17进行偏转，最后经过F透镜18聚焦于油漆桔皮表面，经油漆桔皮表面散射回来的光沿着此光路返回到耦合器3。本探测***经过X振镜16、Y振镜17的震动实现了油漆桔皮表面的二维扫描。
进行测量时，光谱数据是利用线阵相机8逐线采集的，现假设在油漆表面的位置1进行第一个扫描，在位置2进行第二个扫描，那么
位置1的低相干光干涉光谱为：
位置2的低相干光干涉光谱为：对I1(k)和I2(k)进行傅立叶变换后得到相对应的复指数函数和F1与F2相除后得即可求得位置1和位置2处干涉光谱的相位差根据所述的相位差即得位置1和位置2的深度距离差Δz：
式中，I1(k)、I2(k)分别为位置1、位置2的光强信号，S(k)为光源光谱，ER为进入线阵相机的参考光振幅，ES为进入线阵相机的探测光振幅，k为波数，λ为中心波长，n为空气折射率，z1为光程差即深度信息，为初始相位，为由位置1到位置2的深度距离差所产生的相位差。
对所述的深度距离差Δz进行积分，即得油漆表面的平整度定量分布：
其中，相邻两点间的深度距离差Δz可表示为：
Δz21＝z2-z1
Δz32＝z3-z2
……
Δzmm-1＝zm-zm-1
假定z1＝0，即位置1处的深度为零点，那么位置m处的深度距离可表示为，
z1＝0
z2＝z1+Δz21＝Δz21
z3＝z2+Δz32＝Δz21+Δz32
z4＝z3+Δz3＝Δz21+Δz32+Δz43
……
zm＝zm-1+Δzm-1＝Δz21+Δz32+…+Δzmm-1
其中，Δz可由步骤S3中的计算方法求得，由此可得，位置m处基于零点的深度距离为：
式中，Δzi为第i+1处与第i处的深度距离差
由求得的曲线即可观察出油漆表面的平整度，实现了油漆表面平整度的定量检测。
Claims (7)
1.一种油漆表面平整度定量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，等间距逐点采集油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱，获得油漆表面各个位置的低相干光干涉光谱矩阵；
S2，计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差
S3，根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz；
S4，对所述的深度距离差Δz进行积分，即得油漆表面的平整度定量分布。
2.根据权利要求1所述的油漆表面平整度定量检测方法，其特征在于，步骤S2中所述的计算油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差具体包括以下步骤：对相邻位置的低相干光干涉光谱进行傅立叶变换，得对应的复指数函数；对所述的复指数函数进行相除，即得油漆表面各个相邻位置的低相干光干涉光谱之间的相位差；其中，
位置1的低相干光干涉光谱为：
位置2的低相干光干涉光谱为：
对I1(k)和I2(k)进行傅立叶变换后得到相对应的复指数函数为和F1与F2相除后得即可求得位置1和位置2处干涉光谱的相位差
式中，I1(k)、I2(k)分别为位置1、位置2的光强信号，S(k)为光源光谱，ER为进入线阵相机的参考光振幅，ES为进入线阵相机的探测光振幅，k为波数，λ为中心波长，n为空气折射率，z1为光程差即深度信息，为初始相位，为由位置1到位置2的深度距离差所产生的相位差。
3.根据权利要求2所述的油漆表面平整度定量检测方法，其特征在于，步骤S3中，所述的根据所述的相位差计算各个相邻位置的深度距离差Δz具体通过以下方式获得：
4.根据权利要求3所述的油漆表面平整度定量检测方法，其特征在于，假设油漆表面位置1处的深度为零点，则位置m处的深度距离为：
<mrow>
<msub>
<mi>z</mi>
<mi>m</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mi>m</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</munderover>
<msub>
<mi>&Delta;z</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
其中，Δzi为第i+1处与第i处的深度距离差。
5.实现权利要求1～4任一项所述方法的油漆表面平整度定量检测装置，其特征在于，包括：宽带低相干光源(1)、环形器(2)、耦合器(3)、A透镜(5)、光栅(6)、B透镜(7)、线阵相机(8)、计算机(9)、参考***(10)及探测***(11)，宽带低相干光源(1)所发出的光经环形器(2)再经耦合器(3)后分为两路，其中一路作为探测光进入探测***(11)聚焦于油漆表面，另一路作为参考光进入参考***(10)；经油漆表面反射的后向散射光和经参考***反射的参考光，经耦合器(3)、环形器(2)后，进入A透镜(5)准直后照射到光栅(6)，其干涉光谱经B透镜(7)成像于线阵相机(8)，线阵相机(8)记录干涉光谱，并将其传送至计算机(9)进行处理。
6.根据权利要求5所述的油漆表面平整度定量检测装置，其特征在于，所述的参考***(10)包括：C透镜(12)、D透镜(13)和参考镜(14)，所述的参考光经C透镜(12)准直后，再经D透镜(13)聚焦于参考镜(14)。
7.根据权利要求5所述的油漆表面平整度定量检测装置，其特征在于，所述的探测***(11)包括：E透镜(15)、X振镜(16)、Y振镜(17)和F透镜(18)，所述的探测光经E透镜(15)准直后，再经X振镜(16)、Y振镜(17)反射，最后经F透镜(18)聚焦于油漆表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |