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細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置及其檢測方法，涉及圓柱工件表面檢測。所述檢測裝置設有激光發(fā)射器、CCD攝像頭、細圓柱工件、垂直檢測平板、計算機、細圓柱工件支架、激光發(fā)射器支架、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸和底座；激光發(fā)射器和CCD攝像頭設在垂直檢測平板的前方，CCD攝像頭與計算機通過數(shù)據(jù)線連接，計算機控制CCD攝像頭的采集，攝像頭采集的數(shù)據(jù)上傳到計算機；所述激光發(fā)射器固定于激光發(fā)射器支架上，激光發(fā)射器發(fā)射的激光照射在細圓柱工件上并反射在垂直檢測平板上；細圓柱工件固定在細圓柱工件支架頂部的凹槽內(nèi)，細圓柱工件支架固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣，轉(zhuǎn)盤設在轉(zhuǎn)軸上并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸和激光發(fā)射器支架固定在底座兩側(cè)。
【專利說明】細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及圓柱工件表面檢測，尤其是涉及一種細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的進步和發(fā)展，人們對工件精密程度的要求越來越高，越來越多的細小工件應用于各個【技術(shù)領(lǐng)域】，同時對細小工件的表面粗糙度測量提出了更高的要求([I]高成立.淺談影響機械加工表面質(zhì)量的因素及措施[J].科技創(chuàng)新與應用，2013(13): 114-114 ； [2]周一勤.3DSI三維在機檢測軟件用于模具行業(yè)[J].現(xiàn)代制造，2008 (8):36-36 ; [3]葉露，辛宏偉，王權(quán)陡，等.主動調(diào)節(jié)剛性支撐薄膜型反射鏡制造[J].航天工藝，2001，5 (1):3; [4]費業(yè)泰，陳曉懷，李書富.精密測試及儀器的誤差修正技術(shù)[J].宇航計測技術(shù)，1996，16(4):66-70)。表面粗糙度測量是精密計量領(lǐng)域中的一個特重要分支，它在機械、電子和光學領(lǐng)域中起著重要的作用。在不斷微型化的今天，快速檢測出細圓柱的表面粗糙度不僅關(guān)系著儀器的精密程度，也關(guān)系著企業(yè)生產(chǎn)效率。目前，比較常用的表面粗糙度方法有比較測量法、機械粗針法、電子顯微鏡發(fā)、光學法以及其它一些綜合測量方法等([5]王向軍，王峰.顯微精密成像與微型機械尺寸檢測技術(shù)[J].光學精密工程，2001，9 (6):511-513 ; [6]劉貴杰，鞏亞東，王宛山.基于摩擦聲發(fā)射信號的磨削表面粗糙度在線檢測方法研究[J].摩擦學學報，2004，23(3):236-239 ； [7]劉斌，馮其波，匡萃方.表面粗糙度測量方法綜述[J].光學儀器，2005，26(5):54-58)。然而，并非以上所有方法都滿足細圓柱的表面粗糙度快速測量。例如機械粗針法雖然在測量平面工件時比較快速方便，但是對于檢測曲面則受到嚴重限制，其探針很難精準沿著圓柱徑向檢測；顯微鏡雖然檢測精度高，但是并不能滿足企業(yè)的快速檢測要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供測量快速、便捷、效率高的一種細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置及其檢測方法。
[0004]所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置設有激光發(fā)射器、CCD攝像頭、細圓柱工件、垂直檢測平板、計算機、細圓柱工件支架、激光發(fā)射器支架、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸和底座；
[0005]激光發(fā)射器和CXD攝像頭設在垂直檢測平板的前方，CXD攝像頭與計算機通過數(shù)據(jù)線連接，計算機控制CCD攝像頭的采集，攝像頭采集的數(shù)據(jù)上傳到計算機；所述激光發(fā)射器固定于激光發(fā)射器支架上，激光發(fā)射器發(fā)射的激光照射在細圓柱工件上并反射在垂直檢測平板上；細圓柱工件固定在細圓柱工件支架頂部的凹槽內(nèi)，細圓柱工件支架固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣，轉(zhuǎn)盤設在轉(zhuǎn)軸上并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸和激光發(fā)射器支架固定在底座兩側(cè)。
[0006]所述激光發(fā)射器支架上可設有用于調(diào)節(jié)激光束高度、水平度和反射點位置的調(diào)節(jié)螺釘。
[0007]所述細圓柱工件表面粗糙度的檢測方法，采用所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置，包括以下步驟:
[0008]I)接通激光發(fā)射器電源；
[0009]2)調(diào)節(jié)CXD攝像頭聚焦在垂直檢測平板上；
[0010]3)將已知粗糙度的標準細圓柱工件放置在細圓柱工件支架的凹槽內(nèi)，調(diào)整轉(zhuǎn)盤角度使激光發(fā)射器發(fā)出的激光照射到標準細圓柱工件上，形成反射在垂直檢測平板上呈現(xiàn)出橢圓或圓形光環(huán)，光環(huán)不得超出垂直檢測平板范圍；
[0011]4)由CCD攝像頭拍照并將圖片保存在計算機中；
[0012]5)選擇至少3件已知粗糙度的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)；
[0013]6)將采集的圖片每一個像素點的紅(R)、綠(G)、藍⑶三色值提取并保存，根據(jù)色度學知識計算每一個像素亮度Y，計算公式如下:
[0014]Y = 0.299 X R+0.587 X G+0.114 X B
[0015]然后統(tǒng)計最聞売度像素點數(shù)N ;
[0016]7)由于細圓柱工件表面的粗糖度σ與光環(huán)的最聞像素點數(shù)呈非線性關(guān)系:σ =f (N)，根據(jù)統(tǒng)計得到的數(shù)值N和σ，定標f(N)；
[0017]8)用待測細圓柱工件替換步驟3)的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)；
[0018]9)利用已定標的細圓柱工件表面的粗糙度與光環(huán)的最高像素點數(shù)的關(guān)系計算待測細圓柱工件表面粗糙度。
[0019]激光是否水平對檢測結(jié)果有一定的影響，細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置放置時可用水平儀測量底座看是否水平。其次，激光發(fā)射器支架上附有微調(diào)螺釘，用于微調(diào)發(fā)出激光束的高度、水平度和反射點位置。細圓柱工件支架上附有凹槽可用于固定細圓柱工件，對于磁性細圓柱工件可用磁鐵吸附固定在凹槽中，對于非磁性細圓柱工件可用膠帶固定。
[0020]在計量測試領(lǐng)域中，激光由于能量高度集中及其優(yōu)異的方向性、單色性、相干性，成為各行業(yè)研究應用的熱點。激光測量的傳統(tǒng)方法是反射散射比法，但是在激光強度固定的情況下，儀器的表面粗糙度與反射光也呈一定的相關(guān)性。利用這點，本發(fā)明可以簡化測量的步驟，提出更為方便快捷的檢測方法。與現(xiàn)代計算器的結(jié)合，從光路結(jié)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換和處理上優(yōu)化，使利用激光測量精密儀器比傳統(tǒng)的測量更具有優(yōu)越性。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]I)本發(fā)明通過采集激光反射光來間接測量細圓柱表面粗糙度，測量簡易方便，且對工件損害較?。?br> [0023]2)利用CXD攝像頭可以做到快速采集，通過電腦處理使得檢測自動化程度高，可用于快速檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明所述細圓柱工件表面粗糙度的檢測方法原理示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。[0027]參見圖1和2，所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置實施例設有激光發(fā)射器1、CXD攝像頭2、細圓柱工件3、垂直檢測平板4、計算機5、細圓柱工件支架6、激光發(fā)射器支架7、轉(zhuǎn)盤8、轉(zhuǎn)軸9和底座10。
[0028]激光發(fā)射器I和CXD攝像頭2設在垂直檢測平板4的前方，CXD攝像頭2與計算機5通過數(shù)據(jù)線連接，計算機5控制CCD攝像頭2的采集，攝像頭2采集的數(shù)據(jù)上傳到計算機5 ;所述激光發(fā)射器I固定于激光發(fā)射器支架7上，激光發(fā)射器I發(fā)射的激光照射在細圓柱工件3上并反射在垂直檢測平板4上；細圓柱工件3固定在細圓柱工件支架6頂部的凹槽61內(nèi)，細圓柱工件支架6固定在轉(zhuǎn)盤8的邊緣，轉(zhuǎn)盤8設在轉(zhuǎn)軸9上并隨轉(zhuǎn)軸9旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸9和激光發(fā)射器支架7固定在底座10兩側(cè)。
[0029]所述激光發(fā)射器支架7上可設有用于調(diào)節(jié)激光束高度、水平度和反射點位置的調(diào)節(jié)螺釘71。
[0030]本發(fā)明提供的細圓柱工件表面粗糙度的檢測方法，包括以下步驟:
[0031]I)接通激光發(fā)射器電源，將垂直檢測平板放置在激光發(fā)射器支架前方30cm處；
[0032]2)調(diào)節(jié)CXD攝像頭聚焦在垂直檢測平板上，使整個垂直檢測平板剛好充滿CXD攝像頭整個畫面；
[0033]3)將已知粗糙度的標準細圓柱工件放置在細圓柱工件支架的凹槽內(nèi)，調(diào)整轉(zhuǎn)盤角度使標準細圓柱工件與激光夾角為15°，激光發(fā)射器發(fā)出的激光照射到標準細圓柱工件上，形成反射在垂直檢測平板上呈現(xiàn)出橢圓或圓形光環(huán)(參見圖2中的標記41)，光環(huán)不得超出垂直檢測平板范圍；
[0034]4)由CCD攝像頭拍照并將圖片保存在計算機中；
[0035]5)選擇至少3件已知粗糙度的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)；
[0036]6)將采集的圖片每一個像素點的紅(R)、綠(G)、藍⑶三色值提取并保存，根據(jù)色度學知識計算每一個像素亮度Y，計算公式如下(參見文獻:劉利田，常建平.一種基于HVS的彩色圖像水印算法[J].計算機工程，2007, 33(24): 144-145):
[0037]Y = 0.299 X R+0.587 X G+0.114 X B
[0038]然后統(tǒng)計最聞売度像素點數(shù)N ;
[0039]7)由于細圓柱工件表面的粗糖度σ與光環(huán)的最聞像素點數(shù)呈非線性關(guān)系:σ =f (N)，根據(jù)統(tǒng)計得到的數(shù)值N和σ，定標f(N)；
[0040]8)用待測細圓柱工件替換步驟3)的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)；
[0041]9)利用已定標的細圓柱工件表面的粗糙度與光環(huán)的最高像素點數(shù)的關(guān)系計算待測細圓柱工件表面粗糙度。
【權(quán)利要求】
1.細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置，其特征在于設有激光發(fā)射器、CCD攝像頭、細圓柱工件、垂直檢測平板、計算機、細圓柱工件支架、激光發(fā)射器支架、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸和底座； 激光發(fā)射器和CCD攝像頭設在垂直檢測平板的前方，CCD攝像頭與計算機通過數(shù)據(jù)線連接；所述激光發(fā)射器固定于激光發(fā)射器支架上，激光發(fā)射器發(fā)射的激光照射在細圓柱工件上并反射在垂直檢測平板上；細圓柱工件固定在細圓柱工件支架頂部的凹槽內(nèi)，細圓柱工件支架固定在轉(zhuǎn)盤的邊緣，轉(zhuǎn)盤設在轉(zhuǎn)軸上并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸和激光發(fā)射器支架固定在底座兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置，其特征在于所述激光發(fā)射器支架上設有用于調(diào)節(jié)激光束高度、水平度和反射點位置的調(diào)節(jié)螺釘。
3.細圓柱工件表面粗糙度的檢測方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述細圓柱工件表面粗糙度的快速檢測裝置，所述方法包括以下步驟: 1)接通激光發(fā)射器電源； 2)調(diào)節(jié)CXD攝像頭聚焦在垂直檢測平板上； 3)將已知粗糙度的標準細圓柱工件放置在細圓柱工件支架的凹槽內(nèi)，調(diào)整轉(zhuǎn)盤角度使激光發(fā)射器發(fā)出的激光照射到標準細圓柱工件上，形成反射在垂直檢測平板上呈現(xiàn)出橢圓或圓形光環(huán)，光環(huán)不得超出垂直檢測平板范圍； 4)由CCD攝像頭拍照并將圖片保存在計算機中； 5)選擇至少3件已知粗糙度的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)； 6)將采集的圖片每一個像素點的紅(R)、綠(G)、藍(B)三色值提取并保存，根據(jù)色度學知識計算每一個像素亮度Y，計算公式如下:
Y = 0.299XR+0.587XG+0.114 X B 然后統(tǒng)計最聞売度像素點數(shù)N ； 7)由于細圓柱工件表面的粗糙度σ與光環(huán)的最高像素點數(shù)呈非線性關(guān)系:σ=f (N)，根據(jù)統(tǒng)計得到的數(shù)值N和σ，定標f(N)； 8) 用待測細圓柱工件替換步驟3)的標準細圓柱工件，重復步驟3)和4)； 9)利用已定標的細圓柱工件表面的粗糙度與光環(huán)的最高像素點數(shù)的關(guān)系計算待測細圓柱工件表面粗糙度。
【文檔編號】G01B11/30GK103913134SQ201410179287
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】陳姚佳 申請人:陳姚佳