基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置，包括外壳和设置在外壳底端的投影光源，其特征在于：所述外壳的顶端固定连接基座，所述基座的顶端嵌接有测头柄，所述基座的底端固定连接有透镜，所述外壳的内部通过螺钉孔固定连接有光栅检测装置。该种发明专利技术设计合理，能够实现曲面拼接区的表面形貌的检测，通过可拆卸的外壳可将待检测工件放入分光镜；通过在外壳内部的光栅检测装置以及嵌的无线信号发生装置和光线传感器利用小波变换理论可以对光栅所检测的图像进行图像变换为电信号传递给计算机；通过计算机可利用光斑深浅对表面形貌的幅值情况进行分析；通过小波方法可对光栅所采集的图像进行处理，对高低频情况进行分析。

Surface Morphology Detection Method and Device for Surface Splicing Area Based on Grating Discrimination

【技术实现步骤摘要】
基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置
本专利技术涉及光学领域和数控加工在机测量
，特别涉及基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置。
技术介绍
现有技术，对具有非回转与非对称特征的未知拼接曲面的精确测量与评定具有较大难度，对于加工后拼接曲面的面型测量，大部分采用蓝光数码三维扫描仪或三坐标测量机以及其他接触式测量仪对其进行测量，前两种测量方法虽然精确，但是，由于需要把已加工零件从加工机床上移除到测量仪器上，这种工件移动再装卡的过程不仅会产生定位误差，还会延长测量周期，使得测量过程变得繁琐，接触式的测量方法不但对工件材料和工件陡峭程度有要求，而且还需要对测量值进行相应的误差补偿与测头补偿。随着航空航天、造船、汽车及模具产业的飞速发展，拼接曲面的应用变得越来越广泛，同时，对高效率、高精度的测量及评定的要求也越来越高，因此，曲面光滑(粗糙)程度的测量与评定就有着重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置，包括外壳和设置在外壳底端的投影光源，所述外壳的顶端固定连接基座，所述基座的顶端嵌接有测头柄，所述基座的底端固定连接有透镜，所述外壳的内部通过螺钉孔固定连接有光栅检测装置；所述光栅检测装置的两侧分别嵌接有无线信号发生装置和光线传感器，所述光栅检测装置的表面中部自上而下贯穿设置有凹槽，所述光栅检测装置的中部开有空腔，所述光栅检测装置的底端转动连接有旋转轴，所述旋转轴的一端固定连接有卡座，所述卡座的内部嵌接有大量等宽等间距的平行狭缝构成的分光镜，所述光线传感器的底端固定连接有小波发生器，所述光栅检测装置的顶端设置有调节旋钮，所述外壳的外表面一侧开有开口；所述光栅检测装置包括固定支架、检测机构、信号收集装置和调节机构；固定支架包括小波发生器、螺钉孔；检测机构包括分光镜、凹槽和空腔；信号收集装置包括无线信号发生装置和光线传感器；调节机构包括调节旋钮和旋转轴。进一步地，所述光栅检测装置集成在可拆卸的刀夹上，无线信号发生装置用于将信号进行收集然后无线传输到计算机。进一步地，所述分光镜下方放置有待测的曲面拼接工件，工件放置在机床上，便于透光性。进一步地，所述旋转轴用于调节分光镜的角度。进一步地，所述外壳为球形结构，所述外壳的材质为金属，且外壳的内壁为粗糙面。进一步地，所述投影光源为环形LED灯源。进一步地，所述分光镜通过旋转轴为可拆卸结构。基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置，包括以下步骤：S1:基于光栅投影法的检测方法投影光源经扩束镜后的光束将正弦光栅投影到参考平面上,经过等间隔监视器处理后光束为平行光并且投影在参考平面上的条纹是等间隔的,即条纹具有固定的空间周期,其系统结构图结构图如图2所示；参考平面上的光强分布可设为:I(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos2πfx式中I(x,y)表示参考平面上的光强分布,a(x,y)表示背景光强分布,b(x,y)为条纹光强变化的振幅,f＝1/p表示投影光栅的基频,p是条纹宽度在图像监视器上所占的像素数,2πfx表示光波前的相位分布(人为地使光栅投影条纹垂直于水平方向,故垂直cos项无y分量)。将正弦光栅投影到任意物体表面上,物体表面上的光强分布为:I1(x,y)＝a1(x,y)+b1(x,y)cos[2πfx+Ф(x,y)]式中I1(x,y)表示物体表面上的光强分布,a1(x,y)表示背景光强分布,b1(x,y)为条纹光强变化的振幅,Ф(x,y)为物体高度分布h(x,y)引起的相位调制。在远心投影光路实际测量中I>>h(x,y),被测物体表面的高度分布和调制相位的关系为：Ф(x,y)≈2πfdlh(x,y)对应图为3所示，通过光斑深浅可对拼接缝缝前和缝后的表面形貌的幅值情况进行分析。S2:基于小波方法对曲面拼接件表面形貌特征的检测利用小波变换的方法对光栅所采集的图像进行处理，对高低频情况进行分析。小波变换分解滤波器系统其分解与重构过程如图4所示，其中y(k)是离散输入信号，s(k)是离散重构信号，设y(k)和s(k)的Z变换为Y(z)S(z)；H0(z)H1(z)分别是分解低通滤波器h0(k)和分解高通滤波器h1(k)的Z变换G0(z)G1(z)分别是重构低通滤波器g0(k)和重构高通滤波器g1(k)的Z变换。双通道滤波器组的系统函数为根据完美重构条件(PR条件)，有H0(-z)G0(z)+H1(-z)G1(z)＝0即：低通滤波输出为：得到低通滤波器的传输特性为：通过相关小波变换处理，可得到工件的表面形貌图形，如图5所示。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术设计合理，使用方便，能够实现曲面拼接区的表面形貌的检测，具有集成化，将光栅等原件与在机测量进行结合，可以在机进行工件曲面拼接区表面形貌特征的检测；2.通过在外壳内部的光栅检测装置以及嵌的无线信号发生装置及计算机内部内置的无线信号接收装置，可实现信号的无线传输；3.该专利技术的光栅检测装置安装在可拆卸的刀夹上，可对采样点更准确便捷地捕捉，同时LED灯环的设计可以有效减少检测的阴影，降低数据采集方面的误差；4.基于小波包理论可以对光栅所检测的图像进行减噪处理，同时根据所测的光斑深浅，基于时频域分析理论对工件拼接缝表面形貌进行三维分析；5.基于连续小波变换方法可对光栅所采集的工件拼接缝区域表面形貌图像进行时频分析，发现加工中振动冲击带来的时频域信号突变；6.本专利技术具有重量轻，结构小巧的特点，由于将一系列的原件进行了整合，内部结构缜密，介绍了外接原件的使用，节省了检测的空间，并且从整体上减轻了主轴的负荷。附图说明图1为本专利技术的整体的内部结构示意图；图2为本专利技术的光栅检测装置结构图；图3为本专利技术的整体系统结构示意图；图4为本专利技术的光栅系统结构图；图5为本专利技术的光栅采集的图像示意图；图6为本专利技术的小波变换分解滤波器系统其分解与重构过程示意图；图7为本专利技术提出的检测装置测量出的工件形貌示意图；图8为本专利技术的工件工作的流程图。图中：1、基座；2、调节旋钮；3、检测装置；4、无线信号发生装置；5、卡座；6、测头柄；7、透镜；8、外壳；9、光线传感器；10、旋转轴；11、分光镜；12、小波发生器；13、开口；14、空腔15、凹槽；16、投影光源；17、螺钉孔。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。如图1-8所示，基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测方法及装置，包括外壳8和设置在外壳8底端的投影光源16，所述外壳8的顶端固定连接基座1，所述基座1的顶端嵌接有测头柄6，所述基座1的底端固定连接有透镜7，所述外壳8的内部通过螺钉孔17固定连接有光栅检测装置3；所述光栅检测装置3的两侧分别嵌接有无线信号发生装置4和光线传感器9，所述光栅检测装置3的表面中部自上而下贯穿设置有凹槽15，所述光栅检测装置3的中部开有空腔14，所述光栅检测装置3的底端转动连接有旋转轴10，所述旋转轴10的一端固定连接有卡座5，所述卡座5的内部嵌接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测装置，包括外壳(8)和设置在外壳(8)底端的投影光源(16)，其特征在于：所述外壳(8)的顶端固定连接基座(1)，所述基座(1)的顶端嵌接有测头柄(6)，所述基座(1)的底端固定连接有透镜(7)，所述外壳(8)的内部通过螺钉孔(17)固定连接有光栅检测装置(3)；所述光栅检测装置(3)的两侧分别嵌接有无线信号发生装置(4)和光线传感器(9)，所述光栅检测装置(3)的表面中部自上而下贯穿设置有凹槽(15)，所述光栅检测装置(3)的中部开有空腔(14)，所述光栅检测装置(3)的底端转动连接有旋转轴(10)，所述旋转轴(10)的一端固定连接有卡座(5)，所述卡座(5)的内部嵌接有大量等宽等间距的平行狭缝构成的分光镜(11)，所述光线传感器(9)的底端固定连接有小波发生器(12)，所述光栅检测装置(3)的顶端设置有调节旋钮(2)，所述外壳(8)的外表面一侧开有开口(13)；所述光栅检测装置(3)包括固定支架、检测机构、信号收集装置和调节机构；固定支架包括小波发生器(12)、螺钉孔(17)；检测机构包括分光镜(11)、凹槽(15)和空腔(14)；信号收集装置包括无线信号发生装置(4)和光线传感器(9)；调节机构包括调节旋钮(2)和旋转轴(10)。...

【技术特征摘要】
1.基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测装置，包括外壳(8)和设置在外壳(8)底端的投影光源(16)，其特征在于：所述外壳(8)的顶端固定连接基座(1)，所述基座(1)的顶端嵌接有测头柄(6)，所述基座(1)的底端固定连接有透镜(7)，所述外壳(8)的内部通过螺钉孔(17)固定连接有光栅检测装置(3)；所述光栅检测装置(3)的两侧分别嵌接有无线信号发生装置(4)和光线传感器(9)，所述光栅检测装置(3)的表面中部自上而下贯穿设置有凹槽(15)，所述光栅检测装置(3)的中部开有空腔(14)，所述光栅检测装置(3)的底端转动连接有旋转轴(10)，所述旋转轴(10)的一端固定连接有卡座(5)，所述卡座(5)的内部嵌接有大量等宽等间距的平行狭缝构成的分光镜(11)，所述光线传感器(9)的底端固定连接有小波发生器(12)，所述光栅检测装置(3)的顶端设置有调节旋钮(2)，所述外壳(8)的外表面一侧开有开口(13)；所述光栅检测装置(3)包括固定支架、检测机构、信号收集装置和调节机构；固定支架包括小波发生器(12)、螺钉孔(17)；检测机构包括分光镜(11)、凹槽(15)和空腔(14)；信号收集装置包括无线信号发生装置(4)和光线传感器(9)；调节机构包括调节旋钮(2)和旋转轴(10)。2.根据权利要求1所述的基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测装置，其特征在于：所述光栅检测装置(3)集成在可拆卸的刀夹上，无线信号发生装置(4)用于将信号进行收集然后无线传输到计算机。3.根据权利要求1所述的基于光栅辨别的曲面拼接区表面形貌特征检测装置，其特征在于：所述分光镜(11)下方放置有待测的曲面拼接工件，工件放置在机床上，便于透光性。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴石，赵洪伟，刘献礼，宋厚旺，张添源，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23