表面粗糙度测量制造技术

本发明专利技术提供了使用包括可调谐激光器光源和相机系统的光学系统测量部件的表面粗糙度的方法。将待测量的所述部件定位在所述光学系统的前部的安装件上。在第一位置处以第一波长λ

【技术实现步骤摘要】
表面粗糙度测量
本公开涉及用于测量部件尤其是用于气体涡轮引擎的大的平坦或弯曲部件(诸如叶片)的表面粗糙度的方法。
技术介绍
测量材料的表面粗糙度对于确定关于部件性能的信息以及能够检测部件形成中的故障或问题是重要的。航空工业对提高部件质量、强度和承载的当前设计要求导致了对改进的故障测定的要求。这将导致表面积超过数米的大面积部件，但部件或特征的尺寸却是微米级的。这些要求还对部件的度量施加了严格的要求。因此，这些部件所需的测量技术是精确的，因为它们必须能够适配部件的正常生产以及能够检测任何小的缺陷。目前存在多种确定样品的表面粗糙度的方法；然而，这些方法通常适用于小表面积物体。这些方法可被分类为线轮廓分析、面轮廓分析或面集成技术。这些方法已广泛应用于航空工业中以证实对相应标准的遵守。这些方法包括在整个表面上移动触针、白光干涉测量法、散斑成像和显微镜法。然而，这些方法目前受到它们的逐点数据采集和小视场的限制。因此，需要改进这些方法以对大面积成像。然而，所有这些技术均受污染、测量速度或测量视场的限制。克服这些问题的一种方式是使用光学技术。具体地，需要进一步探索激光器和散斑成像的使用。激光器散斑成像利用来自表面的相干光的随机散射和干涉来确定表面上是否存在差异。在所有基于散斑的技术中，对用于表面拓扑测量的散斑相关性技术进行了最多的研究。然而，所有这些测量技术尚未克服测量大部件的问题。这些技术要克服的问题是技术的速度、面积和/或分辨率中的一者或多者。因此，需要对方法进行改进以使其可用于航空工业以及诸如汽车、船舶、核和医疗等的在大面积部件上需要高公差的其他工业。
技术实现思路
根据第一方面，提供了使用包括可调谐激光器光源和相机系统的光学系统测量部件的表面粗糙度的方法，该方法包括：(a)将待测量的部件定位在光学系统的前部的安装件上；(b)在第一位置处以第一波长捕获部件的第一图像，然后在该第一位置处以第二波长λ2捕获部件的第二图像；(c)将第一图像和第二图像相关联；(d)确定第一图像和第二图像的散斑统计相关性(SSC)系数；(e)针对组合的第一图像和第二图像的SSC系数进行绘图；(f)根据SSC系数绘制图计算粗糙度参数Ra和Rq；(g)根据所计算的粗糙度参数Ra和Rq绘制成像表面的粗糙度标测图；(h)将光学系统移动到新位置，并在该新位置处重复步骤(b)至步骤(g)，并且重复这些步骤直到部件的期望区域已经被成像；以及(i)拼接关于每个位置的粗糙度标测图，以形成部件的期望区域的总体粗糙度标测图。本公开是有益的，因为其提供了长距离下的非接触、非破坏性表面粗糙度测量。该方法还减少了部件的总体测量时间。它还能够提供易于自动化的准确并可重复的测量过程。在将第一图像和第二图像相关联之前，可对图像进行裁切。可通过对像素进行平均来创建粗糙度标测图。进行平均可使用ISO25178来完成。可将总体粗糙度标测图显示给用户，并保存以供随后参考。在步骤10中执行的拼接可通过如下进行：输入图像的图像尺寸并定义拼接序列，定义待拼接在一起的图像之间的重叠，以及根据拼接序列合并图像以形成总体粗糙度标测图。光学系统可安装在具有5个自由度的自动平移镜台上。可调谐激光器光源可耦合到光纤，以输送用于对部件的表面进行照明的光。光学系统可将来自激光源的结构光投射到部件的表面上。成像系统可包括用于立体成像的两个相机。待成像的部件可以是气体涡轮引擎的一部分。本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征如作适当变动，可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征组合。附图说明现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：图1示出了根据本公开的方法的使用相机系统待测量的部件；图2a是在本公开中使用的光学系统的实施方案；图2b是在本公开的方法中使用的光学系统的另选的实施方案；图3a呈现了在本公开中使用的立体成像系统的另选的实施方案，图3b呈现了使用立体成像系统所需的方法步骤；图4a呈现了在本公开中使用的结构光投影系统的另选的实施方案，图4b呈现了使用结构光投影系统所需的方法步骤；图5a至图5e呈现了组合样品的散斑成像的示例；图6是在组合本公开的图像中使用的可选的拼接技术的流程图；图7呈现了本公开的方法的流程图。图8示出了在图2b中呈现的实施方案，其测试了使用本公开的方法测量的尺寸为450mm×210mm的物体的表面粗糙度测量结果。具体实施方式现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。另外的方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。如上所述，使用散斑成像来确定表面粗糙度是已知的。该技术利用相干光(诸如由激光器产生的光)来照明表面。入射光从物体的表面散射并随机干涉，使得在对反射光成像时其产生一系列亮暗图案—正是这些图案被称为散斑。然后可获取第二图像，其中通过光的波长来修改散斑尺寸或调整散斑尺寸。这是因为光谱散斑相关性(SSC)(即两个散斑图像的相关性)利用了所使用的照明源的波长与单个散斑尺寸之间的关系。这通过确定来自已被相关的两个图像的散斑统计来计算。关联两个连续散斑图案所需的条件是：(a)表面粗糙度的均方根(RMS)大于相干光源的波长；(b)图像形成完全显影的散斑(对比度等于1)并且表面高度概率分布为高斯分布；并且(c)图像由各向同性并均匀的材料形成，由此忽略阴影、多次反射和体积散射。影响相关性系数(SSC)与RMS表面粗糙度(Rq)之间的关系的理论公式可被描述为：其中λ1和λ2是用于获得散斑图像的照明波长。Δλ是照明波长λ1与λ2之间的差值。θ是照明角度，其等于观察角度。另外，假设待测表面具有高斯分布，则Rq够通过以下公式与平均粗糙度Ra相关。因此，由此可确定工件的平均粗糙度。图1中示出了用于大面积测量的相机系统10的示例。此处，样本11被安装在镜台12上。然后，将成像装置/相机13安装在具有5个自由度的平移镜台14上。这允许相机13以俯仰和横摆移动以及在x、y和z方向上移动。这样做的一个另选方案是为了将相机固定并且使样品以相同的自由度相对于相机移动。利用相机系统能够以其5个自由度移动，可调整观察角度以对整个工件成像。存在用于对样品进行照明的多个选项。光相干的要求意味着必须采用激光器系统。然而，光源的选择可以是任何合适的激光器或具有大的相干度的光源。在图2a和图2b所示的示例中，使用波长可调谐激光器，这可以是氩激光器(例如，其他HeNe、染料、CO2和二极管激光器)。图2a示出了适于执行本公开的方法的光学装置20的示例。在该光学装置中，可使用分束器和反射镜将来自激光器的输出引导到样品上以产生大的照明区域。在仅为示例的附图中，来自激光器的光被引导到第一成角度的分束器22，该分束器允许50％的光沿着路径A反射，而剩余的50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用包括可调谐激光器光源和相机系统的光学系统测量部件的表面粗糙度的方法，所述方法包括：/n(a)将待测量的所述部件定位在所述光学系统的前部的安装件上；/n(b)在第一位置处以第一波长λ

【技术特征摘要】
20190108 GB 1900225.21.一种使用包括可调谐激光器光源和相机系统的光学系统测量部件的表面粗糙度的方法，所述方法包括：
(a)将待测量的所述部件定位在所述光学系统的前部的安装件上；
(b)在第一位置处以第一波长λ1捕获所述部件的第一图像，然后在所述第一位置处以第二波长λ2捕获所述部件的第二图像；
(c)确定所述第一图像和所述第二图像的散斑统计相关性(SSC)系数；
(d)针对组合的所述第一图像和所述第二图像的SSC系数进行绘图；
(e)根据所述SSC系数绘制图计算粗糙度参数Ra和Rq；
(f)根据所计算的粗糙度参数Ra和Rq绘制成像表面的粗糙度标测图；
(g)将所述光学系统移动到新位置，并在所述新位置处重复步骤(b)至步骤(f)，并且重复这些步骤直到所述部件的期望区域已经被成像；以及
(h)拼接关于每个位置的所述粗糙度标测图，以形成所述部件的所述期望区域的总体粗糙度标测图。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述第一图像和所述第二图像相关联之前裁切所述图像。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粗糙...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦达克·马萨姆·穆鲁克山，帕坦哈雷坎迪·普拉巴坦，安思文·哈瑞达斯，普尔基特·卡普尔，比拉尔·M·纳塞尔，凯尔文·H·K·陈，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB