基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置及方法。该装置包括参考臂、耦合器、宽带光源、数据采集与处理模块、测量臂配合连接而成。参考臂由准直镜、平面反射镜、运动导轨组成；数据采集与处理模块由计算机、数据采集卡、光电探测器组成；测量臂由光纤滑环、螺旋进给装置、探头、待测小径管组成。宽带光源发出的光经耦合器变为两路分别经过参考臂与测量臂，并通过反射再次经过耦合器后被数据采集与处理模块检测，得到待测小径管内腔的形貌。本发明专利技术还提供了基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测方法。与现有技术相比，本发明专利技术具有测量精度高、抗干扰能力强的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置及方法


[0001]本专利技术属于小径管内腔形貌检测领域，具体说是一种基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置及方法。

技术介绍

[0002]小径管(如枪管、炮管等)工件的内腔形貌是否合格直接决定着工件能否可靠工作，精确测量小径管内腔形貌具有十分重要的意义。根据测量手段，可将小径管内腔形貌测量分为两类：接触式测量、非接触式测量。其中接触式测量大多需多次人工干预，测量效率低，且容易造成小径管内腔划伤、测量设备探头磨损，这也导致接触式测量不适用于小径管内腔测量，现有的小径管内腔形貌测量逐渐以非接触式的方法为主。
[0003]非接触式的方法主要有光电检测法、射线检测法、超声检测法、涡流检测法等。射线检测法无法检测一些含有特殊材质的工件，例如工件材料含铅的时候，可能导致测量失败，其次射线检测法对人体的伤害也较大；光电检测法虽然测量精度比较高，但其探头往往尺寸较大，无法伸入内腔尺寸较小的工件；涡流检测法则更适用于导体包覆层的检测，存在干扰因素较多，检测过程复杂；超声检测法具有检测速度快、成本低、对人无害等优点，但是测量精度不足，其测量误差一般都在毫米(mm)级，测量精度很难达到微米(um)级。而现代工业对小径管内部形貌测量的要求在不断提高，对于枪管、炮管内部的测量精度一般都要求在微米级。
[0004]低相干干涉技术作为一种新兴检测技术，在透镜厚度检测、生物组织成像等方面都有着广泛的应用，但是目前对小径管内腔形貌进行检测的方法中尚未发现基于低相干干涉技术的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置及方法，以实现小径管内腔形貌的微米级精度测量。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0007]基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，包括参考臂、耦合器、宽带光源、数据采集与处理模块、测量臂；宽带光源通过光纤与耦合器连接，耦合器通过光纤与测量臂、参考臂连接分别输出参考光与测量光、耦合器还通过光纤连接数据采集与处理模块。
[0008]所述参考臂包括运动导轨、平面反射镜、准直镜；耦合器输出参考光经过准直镜准直后照射在平面反射镜上折返并原光路返回至耦合器，平面反射镜设于运动导轨上并与运动导轨滑动连接；运动导轨带动平面反射镜做直线运动，改变参考光的光程。
[0009]所述测量臂包括光纤滑环、螺旋进给装置、探头、待测小径管；耦合器通过光纤连接光纤滑环，输出测量光至光纤滑环的光纤再传输致探头，所述探头安装在螺旋进给装置上，螺旋进给装置伸入待测小径管的内腔并在管径内沿着中轴线方向螺旋前进，测量光经
探头聚焦、准直照射待测小径管内腔管壁折返并原光路返回至耦合器；完成整个小径管内腔形貌的检测。
[0010]所述数据采集与处理模块包括依次光纤连接的计算机、数据采集卡、光电探测器；耦合器接收折返的参考光和测量光，并将二者的干涉信号经光纤传导至光电探测器输出干涉电信号，数据采集卡采集电信号转为数字信号发送给计算机。
[0011]所述螺旋进给装置包括直线导轨和设在其上的旋转运动机构，所述旋转运动机构为中空电控旋转台，所述中空电控旋转台与直线导轨滑动连接，光纤滑环与探头分别通过法兰固定在中空电控旋转台的两侧。
[0012]所述光纤滑环包括是光纤滑环前端、光纤滑环后端，光纤滑环前端通过法兰固定在中空电控旋转台的一侧，光纤滑环后端与耦合器固定相连；
[0013]所述探头包括探头后端固定座和设在其一端的三棱镜，探头后端固定座另一端与中空电控旋转台通过法兰连接，三棱镜的截面为直角三角形，三角形两条直角边所在的端面分别为探头前端入射面和探头前端出射面，三角形斜边所在端面为探头前端全反射面，光纤滑环的光纤输出端口水平射出测量光经探头前端入射面照射在探头前端全反射面反射，然后经探头前端出射面以垂直方向射出照射在内腔管壁上。
[0014]基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测方法，该方法是基于以上所述的装置实现的，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]步骤1：控制探头对整个待测小径管内腔按照预设轨迹进行逐点扫描，并在每个待测点处获取探头轨迹点的三维坐标以及该待测点处参考光与测量光发生干涉时运动导轨的坐标值d
i
，依据参考光与测量光光程相等发生干涉原理依次获得整个待测小径管内腔所有待测点的三维坐标；
[0016]步骤2：在同一坐标系下拼接所有待测点三维坐标，得到待测小径管内腔的完整三维形貌。
[0017]所述控制探头对整个待测小径管内腔按照预设轨迹进行逐点扫描，包括：
[0018]数据采集与处理模块的计算机输出指令控制测量臂的螺旋进给装置带动探头按照预设轨迹分别移动到待检测小径管内腔的轨迹点(x
i
，y
i
，z
i
)。
[0019]所述参考光光程为：参考光光纤输出端口、准直镜、平面反射镜之间折返形成参考光的光程；
[0020]所述测量光程为：光纤输出端口输出的测量光在探头前端入射面、探头前端全反射面、探头前端出射面、待测小径管内腔表面之间折返形成测量光的光程。
[0021]所述获取参考光与测量光发生干涉时运动导轨的坐标值d
i
；包括：
[0022]计算机输出指令控制参考臂的平面反射镜在运动导轨上移动，并通过数据采集与处理模块的光电探测器实时检测折返干涉信号的光强值，并在光强值达到最大时判定为参考光与测量光发生干涉，数据采集与处理模块的计算机记录此时运动导轨的坐标值d0；
[0023]由于依据参考光与测量光的光程差为零是发生干涉，得到此时小径管内腔的当前待测点的三维坐标(x
i
，y
i
，z
i
+d
i
)。
[0024]进一步的，所述的运动导轨、直线导轨均为直线运动模组，直线运动模组的电机均还连接计算机。
[0025]进一步的，所述螺旋进给装置带动探头按照预设轨迹移动是沿着小径管内腔的中
轴线方向进行的螺旋进给运动。
[0026]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0027]1.本专利技术提出的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，利用高精度的运动导轨，实现高精度小径管内腔形貌的检测，相比于其它现有方法，该装置能将测量精度从毫米级提升到微米级；测量精度与运动导轨的精度相当。以精度为1微米的导轨为例，该装置的测量精度也为1微米。
[0028]2.本专利技术提出的探头直径很小，可达0.5毫米，可以测量直径很细的管腔。
[0029]3.本专利技术提出的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置不受检测材料的限制，可测量含多种材料的小径管内腔形貌。
附图说明
[0030]图1为本专利技术检测装置示意图；
[0031]图2为本专利技术的测量臂结构示意图；
[0032]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于，包括参考臂(1)、耦合器(2)、宽带光源(3)、数据采集与处理模块(4)、测量臂(5)；宽带光源(3)通过光纤与耦合器(2)连接，耦合器(2)通过光纤与测量臂(5)、参考臂(1)连接分别输出参考光与测量光、耦合器(2)还通过光纤连接数据采集与处理模块(4)。2.如权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于：所述参考臂(1)包括运动导轨(13)、平面反射镜(12)、准直镜(11)；耦合器(2)输出参考光经过准直镜准直后照射在平面反射镜(12)上折返并原光路返回至耦合器(2)，平面反射镜(12)设于运动导轨(13)上并与运动导轨(13)滑动连接；运动导轨(13)带动平面反射镜做直线运动(12)，改变参考光的光程。3.如权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于，所述测量臂(5)包括光纤滑环(51)、螺旋进给装置(52)、探头(53)、待测小径管(54)；耦合器(2)通过光纤连接光纤滑环(51)，输出测量光至光纤滑环(51)的光纤再传输致探头(53)，所述探头(53)安装在螺旋进给装置(52)上，螺旋进给装置(52)伸入待测小径管(54)的内腔并在管径内沿着中轴线方向螺旋前进，测量光经探头(53)聚焦、准直照射待测小径管内腔(54)管壁折返并原光路返回至耦合器(2)；完成整个小径管内腔形貌的检测。4.如权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于，所述数据采集与处理模块(4)包括依次光纤连接的计算机(41)、数据采集卡(42)、光电探测器(43)；耦合器(2)接收折返的参考光和测量光，并将二者的干涉信号经光纤传导至光电探测器(43)输出干涉电信号，数据采集卡(42)采集电信号转为数字信号发送给计算机(41)。5.如权利要求1所述的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于，所述螺旋进给装置(52)包括直线导轨(521)和设在其上的旋转运动机构(522)，所述旋转运动机构(522)为中空电控旋转台，所述中空电控旋转台与直线导轨(521)滑动连接，光纤滑环(51)与探头(53)分别通过法兰固定在中空电控旋转台(522)的两侧。6.如权利要求5所述的基于低相干干涉的非接触式小径管内腔形貌检测装置，其特征在于，所述光纤滑环(51)包括是光纤滑环前端(511)、光纤滑环后端(512)，光纤滑环前端(511)通过法兰固定在中空电控旋转台(522)的一侧，光纤滑环后端(512)与耦合器(2)固定相连；所述探头(53)包括探头后端固定座(531)和设在其一端的三棱镜，探头后端固定座(531)另一端与中空电控旋转台通过法兰连接，三棱镜的截面为直角三角形，三角形两...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏仁波，赵吉宾，张涛，于彦凤，张天宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：