專(zhuān)利名稱(chēng)：基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明利用現(xiàn)代先進(jìn)的光電子技術(shù)測(cè)量微孔的幾何特征，具體為ー種基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械制造水平不斷的提高并且呈現(xiàn)微型化的發(fā)展趨勢(shì)，微孔器件在機(jī)械、儀表、航空、電子、生物醫(yī)療和紡織エ業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在航空エ業(yè)上，地球同步衛(wèi)星姿態(tài)和軌道控制小推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器小孔直徑均在400 μ m以下，這些微孔器件中的微孔質(zhì)量直接影響整機(jī)的性能，因此對(duì)這些具有微孔類(lèi)零件提出精密或超精密加工的同時(shí)，也對(duì)其檢測(cè)精度和速度提出了更高的要求。微孔測(cè)量是幾何測(cè)量中的ー項(xiàng)重要內(nèi)容，其特點(diǎn)是測(cè)量器具活動(dòng)空間受到限制， 操作調(diào)整不便并且測(cè)量效率低。微孔常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有
a、微孔孔徑超差；
b、微孔軸線(xiàn)與基準(zhǔn)面垂直度誤差超差；
c、孔表面存在毛刺、未清洗掉的異物等缺陷。按照測(cè)量時(shí)測(cè)頭與被測(cè)孔壁是否接觸分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量，接觸法測(cè)量主要有坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量法、千分尺測(cè)量法等，它們的缺點(diǎn)是接觸力的存在會(huì)引起測(cè)桿和測(cè)頭的機(jī)械變形，容易造成較大的誤差；非接觸測(cè)量主要有光學(xué)成像法、電容法等，但是測(cè)量速度比較慢且操作復(fù)雜，不適宜大批量微孔檢測(cè)。目前國(guó)內(nèi)常用的測(cè)量方法是利用圖像處理技術(shù)對(duì)微孔進(jìn)行檢測(cè)，但是檢測(cè)效率比較低，不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的エ業(yè)化需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)微孔幾何參數(shù)高效、精確的測(cè)量，可有效解決エ業(yè)領(lǐng)域微孔快速檢測(cè)的實(shí)際需求。解決傳統(tǒng)基于顯微圖像技術(shù)進(jìn)行微孔測(cè)量時(shí)，由于光學(xué)系統(tǒng)景深限制，測(cè)量結(jié)果不能全面反映細(xì)長(zhǎng)微孔作用長(zhǎng)度范圍內(nèi)幾何形貌特征的缺點(diǎn)。能夠有效地判斷微孔內(nèi)壁是否存在污物、毛刺、微孔尺寸是否超差、微孔是否達(dá)到磨損等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，用于檢測(cè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔質(zhì)量，通過(guò)測(cè)定透過(guò)待測(cè)微孔的光通量評(píng)價(jià)該待測(cè)微孔質(zhì)量，具體包括以下步驟(1)在標(biāo)準(zhǔn)試件的一側(cè)設(shè)置光源，而在標(biāo)準(zhǔn)試件的另ー側(cè)設(shè)置光通量檢測(cè)裝置，該光通量檢測(cè)裝置包括光纖以及安裝在光纖一端的光電探測(cè)器，光纖另一端面向標(biāo)準(zhǔn)試件設(shè)置；(2)通過(guò)光電探測(cè)器，采集光源透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流標(biāo)準(zhǔn)值；采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)微孔的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(3)將步驟(I)的標(biāo)準(zhǔn)試件更換為待測(cè)試件，通過(guò)光電探測(cè)器，讀取光源透過(guò)待測(cè)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值，采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)待測(cè)微孔的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(4)將待測(cè)微孔對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)微孔的光電流標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，即可進(jìn)行該待測(cè)微孔的質(zhì)量評(píng)價(jià)。光纖端部與標(biāo)準(zhǔn)試件/待測(cè)試件之間的間距介于l_2mm。所述光電探測(cè)器采集的光電流測(cè)量值/光電流標(biāo)準(zhǔn)值均經(jīng)過(guò)多路微弱信號(hào)處理器進(jìn)行放大、濾波、除噪預(yù)處理。步驟(I)中所采用的標(biāo)準(zhǔn)試件上所開(kāi)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)微孔成排設(shè)置；步驟(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)微孔光通量采集時(shí)，對(duì)成排設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)微孔逐列進(jìn)行光電流標(biāo)準(zhǔn)值采集；各列標(biāo)準(zhǔn)微孔對(duì)應(yīng)的光電流標(biāo)準(zhǔn)值之間存在的差異用于對(duì)步驟(3)所采集的相應(yīng)列待測(cè)微孔對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值進(jìn)行誤差補(bǔ)償。本發(fā)明另ー技術(shù)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝 置，用于檢測(cè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)待測(cè)微孔，包括三維工作臺(tái)、光源以及用于采集光源透過(guò)待檢試件上所開(kāi)設(shè)待測(cè)微孔光通量的光通量檢測(cè)裝置；光源、待檢試件、光通量檢測(cè)裝置分別安裝在三維工作臺(tái)上，且光源、光通量檢測(cè)裝置分設(shè)于待檢試件的兩側(cè)；光通量檢測(cè)裝置包括第一光纖接頭、光纖、光電探測(cè)器以及第ニ光纖接頭，每ー個(gè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的每列待測(cè)微孔均對(duì)應(yīng)地配置一根光纖、一個(gè)光電探測(cè)器，各光纖的一端通過(guò)第一光纖接頭并接，另一端通過(guò)第二光纖接頭并接后固定安裝在三維工作臺(tái)，各光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的光纖分別安裝在第二光纖接頭上；所述待測(cè)試件在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔與光源正對(duì)；所述光通量檢測(cè)裝置在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔正對(duì)、光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔之間的間距調(diào)整。所述三維工作臺(tái)包括底座、立柱、X軸精密導(dǎo)軌、X軸精密移動(dòng)臺(tái)、Y軸精密導(dǎo)軌、Y軸精密工作臺(tái)、Z軸精密導(dǎo)軌以及Z軸精密工作臺(tái)；X軸精密移動(dòng)臺(tái)，通過(guò)X軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做X向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，X軸精密導(dǎo)軌沿底座的X軸方向鋪設(shè)在底座上；γ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Y軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做Y向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，所述Y軸精密導(dǎo)軌通過(guò)支架架設(shè)在底座上方，且Y軸精密導(dǎo)軌的架設(shè)方向與底座的Y軸方向一致；ζ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Z軸精密導(dǎo)軌與Y軸精密工作臺(tái)可移動(dòng)連接，Z軸精密導(dǎo)軌鋪設(shè)于Y軸精密工作臺(tái)，且Z軸精密導(dǎo)軌的鋪設(shè)方向與底座的Z軸方向一致。所述待測(cè)試件通過(guò)夾具固定安裝在X軸精密移動(dòng)臺(tái)；光通量檢測(cè)裝置固定安裝在Z軸精密工作臺(tái)；光源位干X軸精密移動(dòng)臺(tái)下方，且X軸精密移動(dòng)臺(tái)對(duì)應(yīng)于光源的部位設(shè)置有透光區(qū)域。所述第一光纖接頭為線(xiàn)陣式光纖接頭，包括第一接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第一接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖安裝孔，線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔之間的分布與待測(cè)試件上各待測(cè)微孔的分布一致，且第一接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第一接頭安裝孔，線(xiàn)陣式光纖接頭通過(guò)第一接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接，而線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔分別與相應(yīng)的光纖連接。所述第二光纖接頭，包括第二接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第二接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔，線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔一一對(duì)應(yīng)地連通設(shè)置，線(xiàn)陣式光纖插孔的各光纖插孔分別與相應(yīng)的光纖連接，而線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔的各光電探測(cè)器安裝孔內(nèi)均嵌入有檢測(cè)相應(yīng)光纖光通量的光電探測(cè)器，且各光電探測(cè)器安裝孔的內(nèi)壁呈黑色設(shè)置；另外，第二接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第二接頭安裝孔，第二光纖接頭通過(guò)第二接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接。各光電探測(cè)器的信號(hào)輸出端分別與多路微弱信號(hào)處理器的相應(yīng)信號(hào)輸入端連接，該微弱信號(hào)處理器包括順序連接的前置放大電路、濾波電路和主放大電路，
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
I、本發(fā)明將透過(guò)待測(cè)微孔光通量所對(duì)應(yīng)的電流測(cè)量值與透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微孔的光通量所對(duì)應(yīng)的電流標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以評(píng)判待測(cè)微孔質(zhì)量，由此可知該方法有效地克服了現(xiàn)有技術(shù)中基于顯微圖像技術(shù)進(jìn)行微孔測(cè)量時(shí)，由于光學(xué)系統(tǒng)景深限制，測(cè)量結(jié)果不能全面反映細(xì)長(zhǎng)微孔作用長(zhǎng)度范圍內(nèi)幾何形貌特征的缺點(diǎn)；另外，本發(fā)明所述方法能夠有效進(jìn)行微孔質(zhì)量評(píng)判的基礎(chǔ)在于分析エ業(yè)領(lǐng)域中對(duì)微孔質(zhì)量檢測(cè)的需求，微孔常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有a)微孔孔徑超差山)微孔軸線(xiàn)與基準(zhǔn)面垂直度誤差超差；c)孔表面存 在毛刺、未清洗掉的異物等缺陷。而上述幾種情況，均會(huì)導(dǎo)致通過(guò)微孔的出射光強(qiáng)與標(biāo)定后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相比存在一定差異，故而通過(guò)閥值設(shè)定或粗大誤差發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)則等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以快速判斷存在質(zhì)量缺陷的微孔。2、本發(fā)明采用光電探測(cè)器進(jìn)行透過(guò)待測(cè)微孔光通量測(cè)定，理由是光電探測(cè)器的輸出往往與入射到其光敏面上的光通量成正比，所以光電探測(cè)器的光電流的大小可以反映出待檢測(cè)量的大小，即光電流是待檢測(cè)信息量Q值的函數(shù)I=f (Q)，這是ー種模擬量的信息變換；另外，本測(cè)量系統(tǒng)采用光伏探測(cè)器硅光電池作為傳感器，硅光電池是ー個(gè)大面積的光電ニ極管，它可以把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，是基于光伏特效應(yīng)制作的光伏探測(cè)器。由于光電探測(cè)器的響應(yīng)頻率很高，上述測(cè)量過(guò)程中線(xiàn)陣式傳感器可同時(shí)掃描エ件上多個(gè)微孔的出射光強(qiáng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多微孔幾何參數(shù)的并行測(cè)量，此外放大、濾波及去噪步驟由測(cè)量電路完成，其檢測(cè)時(shí)間與基于機(jī)器視覺(jué)的單孔檢測(cè)相比大大縮短，對(duì)于具有數(shù)千微孔的零件板檢測(cè)時(shí)間將從數(shù)十分鐘降低到數(shù)十秒，從而大大提高了微孔的檢測(cè)效率。3、本發(fā)明采用三維工作臺(tái)在XYZ三個(gè)方向的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)光源發(fā)射的光線(xiàn)、微孔(標(biāo)準(zhǔn)微孔/測(cè)試微孔)的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)，由此可知這種調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)便、可靠。4、本發(fā)明采用多路微弱信號(hào)處理器對(duì)各光電探測(cè)器輸入的電流信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、去噪處理，以將該電流信號(hào)中的大部分噪聲濾除，提高信噪比，提高測(cè)量精確度。


圖I是本發(fā)明所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖I中各標(biāo)號(hào)名稱(chēng)1 一底座；2 — X軸精密導(dǎo)軌；3 — X軸精密移動(dòng)臺(tái)；4一支架；5—第ニ光纖接頭；6—Y軸精密導(dǎo)軌；7—Y軸精密工作臺(tái)；8—多路微弱信號(hào)處理電路；9一Z軸精密工作臺(tái)；10—光電探測(cè)器；11一光纖；12—第一光纖接頭；13—光源；14一待測(cè)微孔；
圖2為第一光纖接頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為俯視圖3為第二光纖接頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為俯視圖。圖4為單路微弱信號(hào)處理電路原理圖，其中包括前置放大電路、ニ階壓控低通濾波電路以及主放大電路。
具體實(shí)施方式
附圖非限制性地公開(kāi)了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，用于檢測(cè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔質(zhì)量，通過(guò)測(cè)定透過(guò)待測(cè)微孔的光通量評(píng)價(jià)該待測(cè)微孔質(zhì)量，具體包括以下步驟(I)在標(biāo)準(zhǔn)試件的一側(cè)設(shè)置光源，而在標(biāo)準(zhǔn)試件的另ー側(cè)設(shè)置光通量檢測(cè)裝置，該光通量檢測(cè)裝置包括光纖以及安裝在光纖一端的光電探測(cè)器，光纖另一端面向標(biāo)準(zhǔn)試件設(shè)置，其中光源為L(zhǎng)ED陣列式光源，事實(shí)上，本發(fā)明所述光源只要為具有可以覆蓋檢測(cè)域的均勻、穩(wěn)定平行的面光源即可；動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)，每列的多個(gè)微孔通過(guò)驅(qū)動(dòng)X軸精密工作臺(tái)依次通過(guò)各自上方的光電檢測(cè)通道，實(shí)現(xiàn)微孔的快速測(cè)量；(2)通過(guò)光電探測(cè)器，采集光源透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流標(biāo)準(zhǔn)值；如果各列的標(biāo)準(zhǔn)孔相同，忽略光纖損耗的影響，則各列輸出的光電流的差異是主要由標(biāo)準(zhǔn)孔所在的光源光照度以及光電探測(cè)器靈敏度造成的，因此，通過(guò)各列標(biāo)準(zhǔn)孔輸出的光電流之間的差異即可進(jìn)行相應(yīng)的誤差補(bǔ)償；采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)微孔的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(3)將步驟(I)的標(biāo)準(zhǔn)試件更換為待測(cè)試件，通過(guò)光電探測(cè)器，讀取光源透過(guò)待測(cè)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值，采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)待測(cè)微孔的軸 線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(4)將待測(cè)微孔對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)微孔的光電流標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，即可進(jìn)行該待測(cè)微孔的質(zhì)量評(píng)價(jià)。圖I具體地公開(kāi)了ー種實(shí)現(xiàn)上述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，包括三維工作臺(tái)、光源以及用于采集光源透過(guò)待檢試件上所開(kāi)設(shè)待測(cè)微孔光通量的光通量檢測(cè)裝置；光源、待檢試件、光通量檢測(cè)裝置分別安裝在三維工作臺(tái)上，且光源、光通量檢測(cè)裝置分設(shè)于待檢試件的兩側(cè)；光通量檢測(cè)裝置包括第一光纖接頭、光纖、光電探測(cè)器以及第ニ光纖接頭，每ー個(gè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的每列待測(cè)微孔均對(duì)應(yīng)地配置一根光纖、一個(gè)光電探測(cè)器，各光纖的一端通過(guò)第一光纖接頭并接，另一端通過(guò)第二光纖接頭并接后固定安裝在三維エ作臺(tái)，各光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的光纖分別安裝在第二光纖接頭上；所述待測(cè)試件在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔與光源正對(duì)；所述光通量檢測(cè)裝置在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔正對(duì)、光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔之間的間距調(diào)整。本發(fā)明所述光纖，為塑料傳光光纖，是光通量傳輸器件，用來(lái)將待測(cè)微孔的出射光通量傳遞到光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，其芯徑在Imm至2mm之間，可以完全包含微孔的出射光通量，重量輕、柔軟、韌性好具有優(yōu)良的機(jī)械性能。所述三維工作臺(tái)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)待測(cè)微孔、光電探測(cè)器運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)裝置在三維空間運(yùn)動(dòng)，使得待測(cè)微孔、光電探測(cè)器之間的相對(duì)位置滿(mǎn)足測(cè)量要求，包括底座、立柱、X軸精密導(dǎo)軌、X軸精密移動(dòng)臺(tái)、Y軸精密導(dǎo)軌、Y軸精密工作臺(tái)、Z軸精密導(dǎo)軌以及Z軸精密工作臺(tái)；X軸精密移動(dòng)臺(tái)，通過(guò)X軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做X向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，X軸精密導(dǎo)軌沿底座的X軸方向鋪設(shè)在底座上；γ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Y軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做Y向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，所述Y軸精密導(dǎo)軌通過(guò)支架架設(shè)在底座上方，且Y軸精密導(dǎo)軌的架設(shè)方向與底座的Y軸方向一致；ζ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Z軸精密導(dǎo)軌與Y軸精密工作臺(tái)可移動(dòng)連接，Z軸精密導(dǎo)軌鋪設(shè)于Y軸精密工作臺(tái)，且Z軸精密導(dǎo)軌的鋪設(shè)方向與底座的Z軸方向一致；所述待測(cè)試件通過(guò)夾具固定安裝在X軸精密移動(dòng)臺(tái)；光通量檢測(cè)裝置固定安裝在Z軸精密工作臺(tái)；光源位于X軸精密移動(dòng)臺(tái)下方設(shè)置的暗室內(nèi)，且X軸精密移動(dòng)臺(tái)對(duì)應(yīng)于光源的部位設(shè)置有透光區(qū)域。本發(fā)明所述光電探測(cè)器10，是本發(fā)明的重要傳感元件，待測(cè)微孔的出射光通量是光學(xué)量，需要利用光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，然后利用先進(jìn)的電子技術(shù)進(jìn)行后續(xù)處理；光電探測(cè)器靈敏度高、響應(yīng)快，并且其短路電流與微孔面積成線(xiàn)性關(guān)系，因此易于測(cè)量微孔的幾何特性。本發(fā)明所述第一光纖接頭，用來(lái)固定光纖11與待測(cè)微孔14的相對(duì)位置，接頭上光纖孔的分布根據(jù)工作條件以及待測(cè)試件上各待測(cè)微孔的分布設(shè)計(jì)，如圖2 (a)、(b)所示，為線(xiàn)陣式光纖接頭，包括第一接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第一接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖安裝孔，線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔之間的分布與待測(cè)試件上各待測(cè)微孔的分布一致，且第一接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第一接頭安裝孔，線(xiàn)陣式光纖接頭通過(guò)第一接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接，以限制該第一光纖接頭的自由度，而線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔分別與相應(yīng)的光纖連接。本發(fā)明所述第二光纖接頭，目的是避免光電探測(cè)器受外界雜散光的干擾，影響微 孔的檢測(cè)精度，如圖3 (a)、(b)所示，包括第二接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第二接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔，線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔一一對(duì)應(yīng)地連通設(shè)置，線(xiàn)陣式光纖插孔的各光纖插孔分別與相應(yīng)的光纖連接，而線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔的各光電探測(cè)器安裝孔內(nèi)均嵌入有檢測(cè)相應(yīng)光纖光通量的光電探測(cè)器，且各光電探測(cè)器安裝孔的內(nèi)壁呈黑色設(shè)置；另外，第二接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第二接頭安裝孔，第二光纖接頭通過(guò)第二接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接。由于微孔孔徑在數(shù)十至數(shù)百微米之間，因此光電探測(cè)器接收到的信號(hào)非常微弱，同時(shí)，由于各種噪聲的存在如熱噪聲、散粒噪聲等，光電探測(cè)器輸出的信號(hào)往往被深埋在噪聲之中，因此，要對(duì)這樣的微弱信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除，提高信噪比，提高測(cè)量精確度，因此，本發(fā)明所述的各光電探測(cè)器的信號(hào)輸出端分別與多路微弱信號(hào)處理器的相應(yīng)信號(hào)輸入端連接，該多路微弱信號(hào)處理器包括順序連接的前置放大電路、ニ階壓控低通濾波電路和主放大電路來(lái)輸出幅度合適、并濾除掉大部分噪聲的待檢測(cè)信號(hào)，圖4公開(kāi)了單路微弱信號(hào)處理電路的示意圖，則多路微弱信號(hào)處理電路為多個(gè)單路并行疊加。本發(fā)明所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)裝置的工作過(guò)程如下
步驟I :打開(kāi)暗室里均勻、穩(wěn)定的平行面光源13，預(yù)熱十分鐘左右使其輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，避免光強(qiáng)在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生變化影響測(cè)量結(jié)果；
步驟2:對(duì)各通道進(jìn)行標(biāo)定，通過(guò)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)使得平行光軸線(xiàn)、微孔軸線(xiàn)、光纖軸線(xiàn)位于同一條直線(xiàn)上，通過(guò)光電探測(cè)器讀取采集的數(shù)據(jù)，判斷各通道數(shù)據(jù)的差異為后續(xù)數(shù)據(jù)的采集進(jìn)行誤差補(bǔ)償；本發(fā)明所述的誤差補(bǔ)償原理如下由于光電探測(cè)器的光電流輸出與微孔的面積、光源的光照度以及探測(cè)器的靈敏度成正比，因此以第一列的測(cè)量值為標(biāo)準(zhǔn)，其他列的數(shù)值與其比值即為該列的補(bǔ)償系數(shù)；當(dāng)測(cè)試待測(cè)件時(shí)，其他列的測(cè)量值均除以相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)，則消除了各列微孔所在的光源與探測(cè)器的誤差影響；具有可以覆蓋檢測(cè)域的均勻、穩(wěn)定平行的面光源，動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)，各列的微孔依次通過(guò)各自上方的光電檢測(cè)通道，實(shí)現(xiàn)微孔的快速測(cè)量。步驟3 :將待測(cè)エ件置于X軸精密工作臺(tái)上，并用夾緊裝置進(jìn)行定位，使孔的分布與其正上方光纖的分布一致；
步驟4 :通過(guò)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)エ件上的微孔位于塑料傳光光纖的正下方，接收微孔的出射光通量，移動(dòng)Z方向精密工作臺(tái)使得光纖位于微孔正上方l-2mm左右，既避免微孔光通量的損失又避免了外界雜散光的入射；
步驟5 :光纖的另一端與光電探測(cè)器相連，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，輸出的電量通過(guò)多路微弱信號(hào)處理器8之后利用數(shù)據(jù)采集卡接入上位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示；
步驟6 :通過(guò)驅(qū)動(dòng)X軸精密工作臺(tái)使得エ件上的每列微孔依次通過(guò)各自上方的光通量檢測(cè)通道進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中エ件可以勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微孔經(jīng)過(guò)傳感器正下方時(shí)不需要暫停，因此大大的提聞了微孔檢測(cè)效率；
步驟7:檢測(cè)的數(shù)據(jù)利用上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，通過(guò)閥值設(shè)定或粗大誤差發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)則等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以快速判斷存在質(zhì)量缺陷的微孔。 綜上所述，可知本發(fā)明是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)等各種技術(shù)為一體的復(fù)雜檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)智能化和可視化。面積是微孔(直徑500 μ m以下的孔)總尺寸的ー個(gè)方便度量，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，對(duì)微孔進(jìn)行測(cè)量的第一歩是根據(jù)微孔輸出光通量的大小測(cè)量出它的面積，然后與標(biāo)準(zhǔn)參考孔的面積進(jìn)行比較，如果測(cè)量結(jié)果超出給定的閾值則可以認(rèn)為該微孔不合格。利用光學(xué)系統(tǒng)對(duì)微孔進(jìn)行非接觸測(cè)量，根據(jù)微孔的光通量確定其面積，機(jī)械系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化，先進(jìn)的集成電路對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行快速采集和處理，最后利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示。該套測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微孔的快速、準(zhǔn)確測(cè)量，大大提高檢測(cè)效率。
權(quán)利要求
1.一種基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，用于檢測(cè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔質(zhì)量，其特征在于，通過(guò)測(cè)定透過(guò)待測(cè)微孔的光通量評(píng)價(jià)該待測(cè)微孔質(zhì)量，具體包括以下步驟(I)在標(biāo)準(zhǔn)試件的一側(cè)設(shè)置光源，而在標(biāo)準(zhǔn)試件的另ー側(cè)設(shè)置光通量檢測(cè)裝置，該光通量檢測(cè)裝置包括光纖以及安裝在光纖一端的光電探測(cè)器，光纖另一端面向標(biāo)準(zhǔn)試件設(shè)置；(2)通過(guò)光電探測(cè)器，采集光源透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流標(biāo)準(zhǔn)值；采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)微孔的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(3)將步驟(I)的標(biāo)準(zhǔn)試件更換為待測(cè)試件，通過(guò)光電探測(cè)器，讀取光源透過(guò)待測(cè)微孔的光通量經(jīng)光纖傳輸后所對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值，采集時(shí)，光源發(fā)射的光線(xiàn)、處于采集狀態(tài)待測(cè)微孔的軸線(xiàn)、光纖的軸線(xiàn)均處于同一直線(xiàn)；(4)將待測(cè)微孔對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)微孔的光電流標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，即可進(jìn)行該待測(cè)微孔的質(zhì)量評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，其特征在于光纖端部與標(biāo)準(zhǔn)試件/待測(cè)試件之間的間距介于l_2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，其特征在于所述光電探測(cè)器采集的光電流測(cè)量值/光電流標(biāo)準(zhǔn)值均經(jīng)過(guò)多路微弱信號(hào)處理器進(jìn)行放大、濾波、除噪預(yù)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法，其特征在于步驟(I)中所采用的標(biāo)準(zhǔn)試件上所開(kāi)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)微孔成排設(shè)置；步驟(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)微孔光通量采集時(shí)，對(duì)成排設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)微孔逐列進(jìn)行光電流標(biāo)準(zhǔn)值采集；各列標(biāo)準(zhǔn)微孔對(duì)應(yīng)的光電流標(biāo)準(zhǔn)值之間存在的差異用于對(duì)步驟(3)所采集的相應(yīng)列待測(cè)微孔對(duì)應(yīng)的光電流測(cè)量值進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
5.ー種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，用于檢測(cè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)待測(cè)微孔，其特征在干包括三維工作臺(tái)、光源以及用于采集光源透過(guò)待檢試件上所開(kāi)設(shè)待測(cè)微孔光通量的光通量檢測(cè)裝置；光源、待檢試件、光通量檢測(cè)裝置分別安裝在三維工作臺(tái)上，且光源、光通量檢測(cè)裝置分設(shè)于待檢試件的兩側(cè)；光通量檢測(cè)裝置包括第一光纖接頭、光纖、光電探測(cè)器以及第ニ光纖接頭，每ー個(gè)待檢試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔均對(duì)應(yīng)地配置一根光纖、一個(gè)光電探測(cè)器，各光纖的一端通過(guò)第一光纖接頭并接，另一端通過(guò)第ニ光纖接頭并接后固定安裝在三維工作臺(tái)，各光電探測(cè)器對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的光纖分別安裝在第ニ光纖接頭上；所述待測(cè)試件在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔與光源正對(duì)；所述光通量檢測(cè)裝置在三維工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔正對(duì)、光纖與待測(cè)試件上所開(kāi)設(shè)的待測(cè)微孔之間的間距調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，其特征在于所述三維工作臺(tái)包括底座、立柱、X軸精密導(dǎo)軌、X軸精密移動(dòng)臺(tái)、Y軸精密導(dǎo)軌、Y軸精密工作臺(tái)、Z軸精密導(dǎo)軌以及Z軸精密工作臺(tái)；X軸精密移動(dòng)臺(tái)，通過(guò)X軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做X向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，X軸精密導(dǎo)軌沿底座的X軸方向鋪設(shè)在底座上；γ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Y軸精密導(dǎo)軌相對(duì)于底座做Y向往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，所述Y軸精密導(dǎo)軌通過(guò)支架架設(shè)在底座上方，且Y軸精密導(dǎo)軌的架設(shè)方向與底座的Y軸方向一致；ζ軸精密工作臺(tái)，通過(guò)Z軸精密導(dǎo)軌與Y軸精密工作臺(tái)可移動(dòng)連接，Z軸精密導(dǎo)軌鋪設(shè)于Y軸精密工作臺(tái)，且Z軸精密導(dǎo)軌的鋪設(shè)方向與底座的Z軸方向一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，其特征在于所述待測(cè)試件通過(guò)夾具固定安裝在X軸精密移動(dòng)臺(tái)；光通量檢測(cè)裝置固定安裝在Z軸精密工作臺(tái)；光源位于X軸精密移動(dòng)臺(tái)下方，且X軸精密移動(dòng)臺(tái)對(duì)應(yīng)于光源的部位設(shè)置有透光區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，其特征在于所述第一光纖接頭為線(xiàn)陣式光纖接頭，包括第一接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第一接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖安裝孔，線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔之間的分布與待測(cè)試件上各待測(cè)微孔的分布一致，且第一接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第一接頭安裝孔，線(xiàn)陣式光纖接頭通過(guò)第一接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接，而線(xiàn)陣式光纖安裝孔的各光纖安裝孔分別與相應(yīng)的光纖連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，其特征在于所述第ニ光纖接頭，包括第二接頭本體以及開(kāi)設(shè)于第二接頭本體上的線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔，線(xiàn)陣式光纖插孔、線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔一一對(duì)應(yīng)地連通設(shè)置，線(xiàn)陣式光纖插孔的各光纖插孔分別與相應(yīng)的光纖連接，而線(xiàn)陣式光電探測(cè)器安裝孔的各光電探測(cè)器安裝孔內(nèi)均嵌入有檢測(cè)相應(yīng)光纖光通量的光電探測(cè)器，且各光電探測(cè)器安裝孔的內(nèi)壁呈黑色設(shè)置；另外，第二接頭本體的兩端分別開(kāi)設(shè)有第二接頭安裝孔，第二光纖接頭通過(guò)第二接頭安裝孔與Z軸精密工作臺(tái)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法的裝置，其特征在于各光電探測(cè)器的信號(hào)輸出端分別與多路微弱信號(hào)處理器的相應(yīng)信號(hào)輸入端連接；該微弱信號(hào)處理器包括順序連接的前置放大電路、ニ階壓控低通濾波電路和主放大電路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光通量的微孔快速檢測(cè)方法和裝置，該方法將透過(guò)待測(cè)微孔光通量所對(duì)應(yīng)的電流測(cè)量值與透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微孔的光通量所對(duì)應(yīng)的電流標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以評(píng)判待測(cè)微孔質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)微孔幾何參數(shù)高效、精確的測(cè)量，可有效解決工業(yè)領(lǐng)域微孔快速檢測(cè)的實(shí)際需求。解決傳統(tǒng)基于顯微圖像技術(shù)進(jìn)行微孔測(cè)量時(shí)，由于光學(xué)系統(tǒng)景深限制，測(cè)量結(jié)果不能全面反映細(xì)長(zhǎng)微孔作用長(zhǎng)度范圍內(nèi)幾何形貌特征的缺點(diǎn)。能夠有效地判斷微孔內(nèi)壁是否存在污物、毛刺、微孔尺寸是否超差、微孔是否達(dá)到磨損等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102830122SQ201210292160
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者葉明 , 許東京, 倪志強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)