基于数字全息的钢球表面缺陷检测方法技术

基于数字全息成像的方法对钢球表面缺陷进行精密检测，其优势在于可以非接触、成本低、分辨率高、操作简单。此方法在激光干涉及衍射原理的基础上，分别采用钢球‑钢球表面缺陷检测装置和镜面‑钢球缺陷检测装置得到全息干涉图像，利用对标准钢球与缺陷钢球表面所得全息干涉图像之间的对比，得出待测钢球表面缺陷情况，实现对钢球表面缺陷的精密检测。该方法操作简单并有效的提高了钢球检测的效率，具有重要的应用价值。

Detection Method of Steel Ball Surface Defects Based on Digital Holography

Precision detection of steel ball surface defects based on digital holographic imaging has the advantages of non-contact, low cost, high resolution and simple operation. Based on the principle of laser interference and diffraction, the holographic interference images are obtained by using the steel ball surface defect detection device and the mirror ball defect detection device respectively. By comparing the holographic interference images of the standard steel ball and the defective steel ball surface, the surface defect of the steel ball to be measured is obtained, and the precise detection of the surface defect of the steel ball is realized. This method is simple and effective to improve the efficiency of steel ball detection, and has important application value.

【技术实现步骤摘要】
基于数字全息的钢球表面缺陷检测方法
本专利技术涉及无损检测以及数字全息光学领域，具体涉及钢球表面的缺陷检测方法，属于缺陷检测

技术介绍
无损检测是以不损害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对各种试件进行有效的检验和测试的技术。随着我国科学和工业技术的迅速发展，无损检测技术应用十分广泛，在航空航天等高精工业中得到了普遍应用。目前，应用比较广泛的无损检测技术主要有：射线检测(RT)、渗透检测(PT)、磁粉检测(MT)、超声波检测(UT)和涡流检测(ET)等。以上几种检测方法都各有优势和不足，本文所涉及的数字全息技术则具有分辨率高、非接触、成本低、操作简单等优点，可以有效提高检测的精度及速度。数字全息技术则是将数学与光学全息相结合，以光电传感器件代替干板作为全息图记录介质，数字化的记录全息图，并利用计算机中算法对全息图进行处理的技术。全息技术利用干涉原理记录被测物体表面光波信息，被测物体在激光照射下反射形成物光，另一部分激光作为参考光射到光电传感器件上，与物光叠加产生干涉，并记录于计算机中。全息图记录了被测物体表面各处光学信息，全息图的每一部分都能完整再现原被测物体的图像。在钢球表面缺陷检测方面，国内相继出现了多种检测技术。目前，比较成熟的钢球表面缺陷检测方法主要有：涡电流检测法、超声波检测法、光电检测法和视觉检测法。这几种检测方法各有优势，但都存在一个共同的问题，即很难同时兼顾检测精度和检测速度。本专利技术设计了一种基于数字全息对钢球表面进行无损检测的方法，可有效提高检测精度，同时又能保证良好的检测速度。
技术实现思路
本专利技术将数字全息技术运用到表面缺陷检测中，设计并搭建了两套钢球表面缺陷检测装置，具体方法包括以下内容：步骤一：搭建检测平台步骤，检测平台由激光器、扩束准直镜、半透半反棱镜、观察屏、待测钢球、参考物(钢球或平面镜)、CCD以及底座构成。当使用钢球作为参考物时，检测光路原理图如图1所示，P为激光，F为扩束准直镜，M1为待测钢球，M2为参考钢球，G1为半透半反棱镜，S为观察屏。当使用平面镜作为参考物时，检测光路原理图如图2所示，P为激光，F为扩束准直镜，M1为待测钢球，M2为平面反射镜，G1为半透半反棱镜，S为观察屏。步骤二：钢球表面缺陷检测步骤，检测光路以波长为632.8nm的激光P作为光源，激光通过扩束准直镜F后由球面波变为平面波，然后经过半透半反棱镜G1，将激光分为两束振动方向相同、传播方向相互垂直的相干光，将其中一束光射向待测钢球M1，其反射光束作为物光，另一束光射向参考物M2，其反射光束作为参考光，两束反射光再经过半透半反棱镜G1汇聚为一束，在光屏S上形成干涉图样。步骤三：数据采集步骤，由CCD进行干涉图像采集与记录，对干涉图像进行分析获得待测钢球表面缺陷情况。通过更换不同的待测钢球，分别得到无缺陷条件下的全息干涉图，如图3所示；较小缺陷条件下的全息干涉图，如图4所示；较大缺陷条件下的全息干涉图，如图5所示；严重缺陷条件下的全息干涉图，如图6所示。附图说明图1：钢球-钢球表面缺陷检测光路原理图图2：镜面-钢球表面缺陷检测光路原理图图3：无缺陷条件下的全息干涉图图4：较小缺陷条件下的全息干涉图图5：较大缺陷条件下的全息干涉图图6：严重缺陷条件下的全息干涉图具体实施方式两种基于数字全息干涉的钢球表面缺陷检测方法，具体步骤如下：第一步：实验器材的准备将被测钢球进行表面擦拭及进行抛光，然后在钢球不同位置制造严重程度不同的三处缺陷，CCD、计算机以及其他器材的准备。第二步：钢球表面缺陷检测实验光路装置的搭建分别按照两种不同实验原理光路图搭建好光路，调节各器件处于同一高度，放置好被测钢球，调整激光，使其正好照射到钢球表面正中心，调整物光与参考光光程一致，激光达到观察屏上，使物光与参考光照射到观察屏上同一位置，并发生干涉，形成全息干涉图像。第三步：实验获得干涉图像选取钢球的光滑无缺陷处，使激光打在该点上得到干涉图像，对干涉图像进行观察记录，然后对钢球进行旋转调整，重新回到实验点，对实验的重复性进行验证。接着改变钢球被测点，分别到微小缺陷点、较大缺陷点、严重缺陷点，使激光照射到钢球表面这些缺陷位置，获得干涉图像并记录，然后与无缺陷条件下所得干涉图像进行对比与分析。重复进行实验，检验实验的可重复性。第四步：图像的数字化用CCD将每次实验测试所得到的干涉图像进行采集，输入到计算机，进行详细的对比分析，得出结论。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于全息干涉的钢球表面的缺陷检测的方法，包括以下步骤：步骤一：搭建检测平台步骤，检测平台由激光器、扩束准直镜、半透半反棱镜、观察屏、待测钢球、参考物(钢球或平面镜)、CCD以及底座构成。步骤二：钢球表面缺陷检测步骤，检测光路以波长为632.8nm的激光P作为光源，激光通过扩束准直镜F后由球面波变为平面波，然后经过半透半反棱镜G1，将激光分为两束振动方向相同、传播方向相互垂直的相干光，将其中一束光射向待测钢球M1，其反射光束作为物光，另一束光射向参考物M2，其反射光束作为参考光，两束反射光再经过半透半反棱镜G1汇聚为一束，在光屏S上形成干涉图样。步骤三：数据采集步骤，由CCD进行干涉图像采集与记录，对干涉图像进行分析获得待测钢球表面缺陷情况。

【技术特征摘要】
1.基于全息干涉的钢球表面的缺陷检测的方法，包括以下步骤：步骤一：搭建检测平台步骤，检测平台由激光器、扩束准直镜、半透半反棱镜、观察屏、待测钢球、参考物(钢球或平面镜)、CCD以及底座构成。步骤二：钢球表面缺陷检测步骤，检测光路以波长为632.8nm的激光P作为光源，激光通过扩束准直镜F后由球面波变为平面波，然后经过半透半反棱镜G1，将激光分为两束振动方向相同、传播方向相互垂直的相干光，将其中一束光射向待测钢球M1，其反射光束作为物光，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东生，董大兴，徐韬，曾程，张港，王军傲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32