轮胎脱层气泡检测大视场照明方法与照明光源技术

一种轮胎脱层气泡检测大视场激光照明方法与照明光源。解决轮胎脱层气泡无损检测中要求在满足测量精度的情况下，实现单次检测面积尽可能最大的问题。照明方法采用5个半导体激光器拼接平顶高斯光束，在满足干涉条纹对比度与散斑干涉图样统计特征一致的前提下实现了大视场照明。照明光源由5个半导体激光器按照轮胎胎侧内表面弧度采用曲面排列方式组成，实现了照明光从轮胎侧内表面散射后的接收光场光强的均匀性。通用的BNC同轴电缆输入接口方便了使用，集成化的激光照明单元方便拆卸与安装。

【技术实现步骤摘要】
轮胎脱层气泡检测大视场照明方法与照明光源
本专利技术涉及轮胎脱层气泡检测
，轮胎脱层气泡检测使用散斑剪切干涉仪，本专利技术解决的是散斑剪切干涉仪的照明问题。
技术介绍
在轮胎生产线上脱层气泡的检测是出厂前的必须检测项目之一，气泡检测由于空气层和轮胎橡胶都易于X光的穿透，使得检测需要采用抽真空测量微表面变形的方法，目前较常用的是相移电子散斑干涉的方法。采用相移电子散斑干涉需要激光照明，单次检测面积受照明面积的制约。本专利技术基于现场检测的技术背景研究了大视场的照明方法并研制了相应的照明光源。在实际应用中有重要意义。本申请人主持的国家科技支撑计划(激光与X光轮胎检测与成像技术)中采用了此种照明光源，取得了良好的效果。
技术实现思路
本专利技术目的是研究大视场的光源照明技术与照明光源，在满足测量精度的情况下，解决轮胎脱层气泡无损检测中单次检测面积最大的问题，提供一种工业生产线上使用的照明方法与照明光源，即轮胎脱层气泡检测大视场激光照明方法与一体化的照明光源。该方法采用5个半导体激光器同时照明的方式，扩展了检测探头单次测量的照明范围；利用平凹透镜实现了单个半导体激光器的扩束。从照明均勻性与所得到的干涉条纹质量两个方面分析了该方法的理论性；依据现场检测的使用条件设计了单个导体激光器与一体化的照明光源的外形尺寸，满足了照明光源的实用性。采用一体化单独供电的照明方式使得安装简便、快捷。可作为单独的照明产品、又可与检测探头集成作为检测整机，更有利于产品及技术的推广。本专利技术的基本原理是利用单个导体激光器所发出的高斯光束拼接出平顶的高斯光束，达到照明均勻的目的；从波长差异与光强差异两个方面论证了该方法的可行性。依据电子散斑干涉测量的相减原理，消除了小范围光强差异带来的影响。用于轮胎脱层气泡检测的大视场激光照明方法，其特征在于该方法包括第一、单个半导体激光器扩束利用平凹透镜实现单个半导体激光器的光束扩束， 半导体激光器的核心部件为激光二极管和平凹镜片；经过软件模拟使用波长为632. 5nm 的激光二极管，在距离激光二极管出射端面IOmm处放置焦距为-8mm、孔径为6mm的平凹镜片可以实现半导体激光器水平发散角度为20°，垂直发散角为15° ；第二、采用5个半导体激光器组合，构成半导体激光器阵列，拼接成大视场照明， 每个半导体激光器发射出的光束为高斯光束，利用高斯光束拼接出均勻的照明光场，这种均勻照明光场对于散斑干涉图像的质量无影响；第三、照明光源中的5半导体激光器阵列采用曲面排列方式，每个半导体激光器之间的角间距为10°，在90°视场内，光源距轮胎内表面为320mm时，所述曲面弧度等于轮胎胎侧内表面的弧度，当轮胎反射表面与半导体激光器阵列发光表面等距离时，接收光强均勻；第四、半导体激光器阵列采用统一供电，每个半导体激光器通过接线端子并联安装，方便更换与拆卸维修；其特征在于第一步中所述的半导体激光器中平凹透镜参数确定依据如下激光器发出的光束可以认为是高斯光束，任意一点P(x，ζ)处的复振幅表达式为权利要求1.用于轮胎脱层气泡检测的大视场激光照明方法，其特征在于该方法包括第一、单个半导体激光器扩束利用平凹透镜实现单个半导体激光器的光束扩束，半导体激光器的核心部件为激光二极管和平凹镜片；经过软件模拟使用波长为632. 5nm的激光二极管，在距离激光二极管出射端面IOmm处放置焦距为-8mm、孔径为6mm的平凹镜片可以实现半导体激光器水平发散角度为20°，垂直发散角为15° ；第二、采用5个半导体激光器组合，构成半导体激光器阵列，拼接成大视场照明，每个半导体激光器发射出的光束为高斯光束，利用高斯光束拼接出均勻的照明光场，这种均勻照明光场对于散斑干涉图像的质量无影响；第三、照明光源中的5半导体激光器阵列采用曲面排列方式，每个半导体激光器之间的角间距为10°，在90°视场内，光源距轮胎内表面为320mm时，所述曲面弧度等于轮胎胎侧内表面的弧度，当轮胎反射表面与半导体激光器阵列发光表面等距离时，接收光强均勻；第四、半导体激光器阵列采用统一供电，每个半导体激光器通过接线端子并联安装，方便更换与拆卸维修。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一步中所述的半导体激光器中平凹透镜参数确定依据如下激光器发出的光束可以认为是高斯光束，任意一点Ρ(χ，ζ)处的复振幅表达式为Γ 2Iirf2 λ E{x, z) = E0 exp ——f— expii - k+ ζ + φ(ζ) I (1)ω{ζ) L ω νζ)」 L \2R{z) JJ式中COci为Ζ = ο位置处的光斑半径，ω (ζ)为距离为ζ处的光斑半径，其中ω (ζ)称为ζ处光斑尺寸，R(z)是ζ处的波面曲率半径，要实现扩束的条件是ω (ζ) =Ncoci,必须满足公式2 (l_z//)2+^V = -L(2)v J λ2/2 N1式2中f为透镜焦距，λ为激光波长；在TracePro软件中模拟半导体激光束扩束，距离激光二极管光束出射端面ζ = IOmm 处放置孔径为6mm、焦距f = -8mm平凹透镜，在紧贴镜片前放置2. 5mm孔径，按照功率降为一半的照明范围计算半导体激光器照明范围为100mm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第二步中所述的利用5个半导体激光器拼接均勻照明依据如下N束高斯光束光强和可以表示为I(x,z) = a\ exp(--·~)(3)二NOi υ O)式中Δ d为相邻两光束之间的错位距离，η为光束的个数，ζ为被照明物距离束腰的距离，ωχ(ζ)为光束半径，考虑五个光束的叠加情况，得到的结论可以推广至多束光束；采用5个激光器组合，每个半导体激光器的间距为Ad = 70mm，可以在90°视场范围内实现光强起伏度为2. 6%的均勻照明，照明范围为550mm ；如上所述的多半导体激光器拼接照明方法，采用5个半导体激光器，适合于轿车轮胎的照明面积，针对大尺寸的载重轮胎可以增加半导体激光器的数量，例如承重轮胎可以使用7个半导体激光器照明。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第三步中所述的半导体激光器排列曲面的曲率半径为144mm，每个激光器角间距为10°，依轮胎曲面排列激光器使得每个半导体激光器出射光到轮胎反射面的距离均相等，避免由光程差不等带来的光强不均勻。5.一种实现权利要求1所述方法的大视场激光照明光源，其特征是该光源包括(1)激光器包括5个弧形排列的半导体激光器，每个半导体激光器包括后挡板，外壳， 激光二极管，平凹透镜，前挡板；(2)整体外壳用于固定弧形排列的半导体激光器组，整体外壳预留与检测探头相连接的接头孔，方便与检测探头相连接；(3)接线端子固定在整体外壳底面，用于分别和每个半导体激光器的并联接入并与 BNC接头连接；(4)BNC接头安装在整体外壳后面，采用BNC同轴电缆接口，用于5个半导体激光器的统一供电。(5)光源盖与整体外壳相连接安装，方便维修时打开更换半导体激光器。全文摘要一种轮胎脱层气泡检测大视场激光照明方法与照明光源。解决轮胎脱层气泡无损检测中要求在满足测量精度的情况下，实现单次检测面积尽可能最大的问题。照明方法采用5个半导体激光器拼接平顶高斯光束，在满足干涉条纹对比度与散斑干涉图样统计特征一致的前提下实现了大视场照明。照明光源由5个半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于轮胎脱层气泡检测的大视场激光照明方法，其特征在于该方法包括：第一、单个半导体激光器扩束：利用平凹透镜实现单个半导体激光器的光束扩束，半导体激光器的核心部件为激光二极管和平凹镜片；经过软件模拟：使用波长为６３２．５ｎｍ的激光二极管，在距离激光二极管出射端面１０ｍｍ处放置焦距为－８ｍｍ、孔径为６ｍｍ的平凹镜片可以实现半导体激光器水平发散角度为２０°，垂直发散角为１５°；第二、采用５个半导体激光器组合，构成半导体激光器阵列，拼接成大视场照明，每个半导体激光器发射出的光束为高斯光束，利用高斯光束拼接出均匀的照明光场，这种均匀照明光场对于散斑干涉图像的质量无影响；第三、照明光源中的５半导体激光器阵列采用曲面排列方式，每个半导体激光器之间的角间距为１０°，在９０°视场内，光源距轮胎内表面为３２０ｍｍ时，所述曲面弧度等于轮胎胎侧内表面的弧度，当轮胎反射表面与半导体激光器阵列发光表面等距离时，接收光强均匀；第四、半导体激光器阵列采用统一供电，每个半导体激光器通过接线端子并联安装，方便更换与拆卸维修。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄战华，朱猛，蔡怀宇，杭柏林，王孔茂，侯朋，
申请(专利权)人：天津大学，软控股份有限公司，
类型：发明
国别省市：12