基于二维光扫描的细长孔内壁疵病检测技术

　　1　引　　言

　　工业生产中,小直径深孔零件或细钢管内表面质量的自动检测历来是检测中的一个难题,因细长孔不便于观察,常规方法无法实现测量。目前,细长孔内壁疵病的检测主要采用如下方法:抽检法,如钢管内表面质量检测,检测时常要锯断大量的优质钢管。

　　采用目视式窥镜(产品大部分是从日本进口的)进行人眼观察。

　　采用CCD摄像机通过内窥镜拍摄孔内壁的局部图像在监视器上供观察。

　　以上几种方法主要存在以下几个问题:

　　对疵病的范围、大小、方位只能定性地判断有无疵病,不能作定量分析,可靠性差,精度低。

　　检测方式落后,劳动强度大,检测项目也受到限制,效率低,浪费众多人力物力。

　　本文结合现代光电子技术、CCD技术及计算机图像处理和模式识别技术,提出了二维光学扫描的新方法来实现细长孔内表面整幅图像的拍摄。同时,为了测量疵病的大小和方位,建立了测量直角坐标系,拍摄的图像经采集后进入计算机存储,然后在该测量坐标系下完成图像的整幅拼接、计算,从而实现疵病的自动识别和测量。

　　2　测量原理

　　本检测方法的原理框图如图1所示。具体组成包括工作台、轴向伺服进给机构、圆周扫描机构、光栅尺、稳压电源、氙灯、导光光纤束、内窥镜成像系统、图像采集卡、步进电机控制卡、面阵CCD摄像机、监视器、计算机等。

　　具体原理为:利用氙灯做光源,采用导光光纤束导入光照明被测表面,被测面的反射像通过内窥镜,成像在面阵CCD的光敏面上,将疵病的光学像变换成视频信号。该视频信号可输入监视器进行观察有无疵病,同时该视频信号也经图像采集卡输入计算机,经图像处理,在屏幕上显示疵病的图像,进而测量疵病的大小与方位。由于受到视场的限制,孔内表面的整幅图像不能一次取出,因此采用二维光扫描技术实现整幅图像的拍摄。所谓二维光扫描技术,就是在X、Y两个方向实现对孔内表面进行图像扫描。通过被测件沿孔轴向位移完成深孔轴向扫描。同时使被测件转动,内窥镜系统相对工件的轴线作定轴圆周扫描(以孔的内轴线为中心)完成周向扫描。当工件轴向移动ΔX量时,然后接着转动一周,扫描过程中图像实时被采集并保存下来,当内窥镜沿深孔轴向和圆周方向扫描完毕时,经图像处理后,可得到一整幅孔的内表面图像。与此同时,为测量表面疵病,必须建立与图像一一对应的直角坐标系。为此将轴向位移量x作为横　　坐标。轴向位移以精密滚珠丝杠作为基准件,由步进电机驱动滚珠丝杠使工作台移动带动安置在工作台上的工件作轴向运动,工作台的移动即为坐标系的横坐标x。