一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统技术方案

本发明专利技术专利公开了一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统，包括检测部分以及自准直系统，检测部分包括所述白光干涉系统，具体为依次设置的1550nmASE宽带光源、第一反射镜、第一分束棱镜、第二反射镜、参考反射镜，第一分束棱镜的两侧分别设置有待测深孔、近红外相机，待测深孔内设置有锥形棱镜；自准直系统设置在待测深孔与第一分束棱镜之间，自准直系统包括依次设置的630nm光源、二向色棱镜、第二分束棱镜、第三反射镜、四象限探测器。本发明专利技术可实现对深孔表面形貌的一次性扫描，多次测量通过四步相移算法、拼接算法和对齐算法得出测量结果，实现表面三维形貌的重构。在装置中设计自准直系统，可以测出杆件水平放置时偏摆所产生的误差并进行误差补偿。的误差并进行误差补偿。的误差并进行误差补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统


[0001]本专利技术属于精密测量领域，尤其涉及一种检测深孔表面形貌的低相干干涉测量系统。

技术介绍

[0002]在工业中，深孔是各种仪器和工业产品的重要组成部分，如飞机发动机主轴和起落架的深孔、汽轮机阀壳内腔深孔、蒸汽发生器管板深孔等。
[0003]对于深孔表面形貌的检测主要分为接触式测量和非接触式测量两类，传统的测量方法有表面粗糙度仪、圆度仪和三维表面形貌仪等。对于圆度仪有两种测量结构，一种是测头随主轴旋转，但因测头或杆件垂直或水平运动困难，所以不适于测量深孔表面形貌；另一种是测头不动，工件随工作台旋转，这种结构的工作台回转精度较差。对于表面粗糙度仪，它的缺点是测量参数较少、测量方式不灵活、测量精度较低，不符合高精度测量的标准。对于三维表面形貌仪，它可以对深孔表面形貌进行三维重建，但是价格昂贵，每台价格在100
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200万元人民币。对于上述传统的测量方法，存在一些问题，如：无法测量深孔的划痕和深度，测量功能单一、无法多参数同步测量，价格昂贵等。
[0004]针对上述存在的问题，专利技术了一种非接触式深孔表面形貌轮廓的测量系统及方法首先是非接触性与多参数性，非接触性是解决接触测量时测头对表面形貌产生影响。其次是采集速度快，可以一次性同步获取表面形貌三维轮廓。最后是成本低，价格便宜，并且辅以自准直系统提高测量精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是设计一套低相干干涉系统和自准直系统相结合的一套装置，用来测量深孔的表面形貌轮廓，检测深孔的表面缺陷和划痕。可以一次性构建深孔表面轮廓形貌，实现自动全检、点云重建、自动评价。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的方案是：一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统及方法，包括检测部分以及自准直系统，所述的检测部分包括所述白光干涉系统，具体为依次设置的1550nmASE宽带光源1、第一反射镜3、第一分束棱镜4、第二反射镜7、参考反射镜8，第一分束棱镜4的两侧分别设置有待测深孔5、近红外相机10，待测深孔5内设置有锥形棱镜6；
[0007]所述白光干涉系统的1550nmASE宽带光源1发出的光束经过第一反射镜3进入分束棱镜4，部分光通过第二反射镜7的反射到达参考反射镜8后原路返回到分束棱镜4，部分光经过锥形棱镜6的反射后原路返回到分束棱镜4，两束光实现干涉，干涉图样被近红外相机10捕捉；
[0008]所述的自准直系统设置在待测深孔5与第一分束棱镜4之间，所述的自准直系统包括依次设置的630nm光源11、二向色棱镜13、第二分束棱镜14、第三反射镜15、四象限探测器16；其中，二向色棱镜13和第二分束棱镜14设置在待测深孔5与第一分束棱镜4的光路上；
[0009]所述的自准直系统对待测深孔5所在杆件的倾斜部分进行检测，具体为630nm光源11发出的光束经过二向色棱镜13反射到第二分束棱镜14，部分光通过第三反射镜15反射到四象限探测器16上，部分光经过锥形棱镜6的反射后原路返回到第二分束棱镜14并通过第三反射镜15反射到四象限探测器16上，若光点不在四象限探测器16的中心，则表明杆件倾斜，调整杆件直至光点在四象限探测器16的中心。
[0010]优选的，所述的1550nmASE宽带光源1与第一反射镜3之间还设置有第一消色差透镜2。
[0011]优选的，所述的630nm光源11与二向色棱镜13之间还设置有第二消色差透镜12。
[0012]更优选的，所述锥形棱镜6包括一圆锥面，圆锥面的头部为平台状，圆锥面的头部融合有平面反射镜。
[0013]进一步优选技术方案是，所述的参考反射镜8固定在高精密位移台9上。
[0014]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术专利基于低相干干涉深孔表面形貌测量系统及方法所用棱镜和透镜成本较低。本专利技术相比于传统测量仪器设备而言，集成度高，可实现对深孔表面形貌的一次性扫描，多次测量通过四步相移算法、拼接算法和对齐算法得出测量结果，实现表面三位形貌的重构。在装置中设计自准直系统，可以测出杆件水平放置时偏摆所产生的误差并进行误差补偿。最终实现自动全检、点云重建、自动评价。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0017]图1为本专利技术基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统及方法原理示意图；
[0018]图2为本专利技术中专用锥形棱镜的结构；
[0019]图3为杆件受重力影响时的倾斜弯曲状态；
[0020]图4为使用拼接算法缝合三个测量点云。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0022]本专利技术专利公开了一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统及方法，包括检测部分以及自准直系统，所述的检测部分包括所述白光干涉系统，具体为依次设置的1550nmASE宽带光源1、第一反射镜3、第一分束棱镜4、第二反射镜7、参考反射镜8，第一分束棱镜4的两侧分别设置有待测深孔5、近红外相机10，待测深孔5内设置有锥形棱镜6；所述的1550nmASE宽带光源1与第一反射镜3之间还设置有第一消色差透镜2。所述的参考反射镜8固定在高精密位移台9上。锥形棱镜6放入待测深孔5中。
[0023]所述的自准直系统包括依次设置的630nm光源11、二向色棱镜13、第二分束棱镜14、第三反射镜15、四象限探测器16；其中，二向色棱镜13和第二分束棱镜14设置在待测深孔5与第一分束棱镜4的光路上；所述的630nm光源11与二向色棱镜13之间还设置有第二消色差透镜12。
[0024]其中第一分束棱镜4用于近红外光700
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1100nm的分束，第二分束棱镜14用于可见
光400
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700nm的分束。
[0025]所述白光干涉系统中第一消色差透镜2改变了宽带光源的光束直径和发散角，宽带光源通过第一消色差透镜2后变为平行光束；所述第一反射镜3和第二反射镜7的作用均为改变光路传播方向，增加光程；所述固定在高精密位移台9上的参考反射镜8的作用是作为参考反射臂，通过高精密位移台9使参考反射镜8进行移动，可以实现对待测杆件深孔表面形貌轮廓的扫描；所述近红外相机10获取干涉图样。
[0026]所述自准直系统中第二消色差透镜12改变了宽带光源的光束直径和发散角，宽带光源通过第二消色差透镜12后变为平行光束；所述二向色棱镜13可以根据光的波长选择透过或者反射，实现光谱分光，二向色棱镜13对于白光干涉系统中的近红外光只透射不反射，对于自准直系统中的可见光只反射不透射。所述四象限探测器16可以检测待测杆件的直线度。
[0027]所述白光干涉系统的1550nmASE宽带光源1通过第一消色差透镜2变成平行光束进行传播，经过第一反射镜3进入分束棱镜4，部分光通过第二反射镜7的反射到达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低相干干涉的深孔表面形貌测量系统，其特征在于，包括检测部分以及自准直系统，所述的检测部分包括所述白光干涉系统，具体为依次设置的1550nmASE宽带光源(1)、第一反射镜(3)、第一分束棱镜(4)、第二反射镜(7)、参考反射镜(8)，第一分束棱镜(4)的两侧分别设置有待测深孔(5)、近红外相机(10)，待测深孔(5)内设置有锥形棱镜(6)；所述白光干涉系统的1550nmASE宽带光源(1)发出的光束经过第一反射镜(3)进入分束棱镜(4)，部分光通过第二反射镜(7)的反射到达参考反射镜(8)后原路返回到分束棱镜(4)，部分光经过锥形棱镜(6)的反射后原路返回到分束棱镜(4)，两束光实现干涉，干涉图样被近红外相机(10)捕捉；所述的自准直系统设置在待测深孔(5)与第一分束棱镜(4)之间，所述的自准直系统包括依次设置的630nm光源(11)、二向色棱镜(13)、第二分束棱镜(14)、第三反射镜(15)、四象限探测器(16)；其中，二向色棱镜(13)和第二分束棱镜(14)设置在待测深孔(5)与第一分束棱镜(4)的光路上；所述的自准直系统对待测深孔(5)所在杆件的倾斜部分进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵会宁，侯晓莹，王杰，于连栋，夏豪杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：