一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法

本发明涉及外观检测，具体涉及一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法。

背景技术：

1、激光干涉测量的基础是迈克尔逊干涉仪的典型干涉光路，其利用干涉光路让激光源发射的激光分别射向测量面与参考面，然后被测量面和参考面反射回来，反射回来的激光汇合后会产生干涉，通过干涉光强计算出测量面与参考面之间的绝对距离，这就是激光干涉测量原理。干涉条纹的明暗变化反映了物光和参考光之间的相位差，这些相位差与物体表面的高低起伏有关，利用光学成像系统捕获干涉图样，并通过计算机进行图像处理和分析，从而可以精确测量被测物体的表面形貌；例如公布号为cn112505057a的中国发明专利公开了一种滚动面缺陷检测系统和方法，其将将高斯激光束调整为平顶光束，改变振镜的驱动信号，以获取平顶光束经由振镜扫描后照射到旋转的待测滚动面上的三幅不同的目标图像，基于三幅不同的目标图像，通过三步相移算法提取待测滚动面的包裹相位信息，通过包裹相位信息获得待测滚动面的调制度图，平顶光束的光强随时间发生变化，所以通过改变振镜的驱动信号可以得到条纹相差一定相位的不同目标图像，基于三幅不同的目标图像可进一步通过三步相移算法提取待测滚动面的包裹相位信息，但此方法的光束经整形和振镜后直接投射到待测物体表面，易受震动、湿度和温度等环境因素影响，同时识别装置直接获取待测物体表面图像信息以进行计算，会受到高反光因素的影响，存在检测准确性不足的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法。本发明将偏振干涉和线扫条纹成像结合，有效减少了环境因素和高反光对投射过程和反射图像的影响，同时获得的图像信息包含有多种信息源，有效提升识别检测的准确性。

2、本发明提供的技术方案如下：一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，线偏正激光器发射线偏振光，线偏振光经过正交偏振光束产生模块形成正交偏振激光，正交偏振激光通过线性扩散板后射向待测轴承滚子，待测轴承滚子反射的正交偏振激光进入线扫条纹成像端生成π/2的四步相移条纹图，然后由四组线阵相机捕捉四步相移条纹图，利用四步相移条纹图的图像信息进行待测轴承滚子表面信息的分析和获取。

3、上述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，所述线偏正激光器发射的线偏振光依次经散斑衰减器、第一半波片和扩束系统进入正交偏振光束产生模块；所述散斑衰减器用于减少线偏振光中的散斑噪声，以提高光斑的均匀性；所述第一半波片用于旋转线偏振光的偏振方向；所述扩束系统用于比例放大线偏振光。

4、前述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，所述线偏振光进入正交偏振光束产生模块后被第一偏振分光镜分为p偏振光和s偏振光，p偏振光和s偏振光分别经对应的第一1/4波片和第一反射镜作用后合并形成正交偏振激光；所述第一1/4波片用于旋转线偏振光的偏振方向。

5、所述正交偏振光束产生模块形成的正交偏振激光经第二反射镜及线性扩散板作用后射向待测轴承滚子；所述线性扩散板用于改变光束形状，将正交偏振激光的点光源转为线光源。

6、前述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，所述正交偏振激光进入线扫条纹成像端后被成像镜头接收，随后依次经过第二半波片和分光镜变为反射光和透射光，透射光进入第二偏振分光镜后变为第一p偏振光和第一s偏振光，第一p偏振光和第一s偏振光分别进入对应的线阵相机；所述反射光经第二1/4波片进入第三偏振分光镜后变为第二p偏振光和第二s偏振光，第二p偏振光和第二s偏振光分别进入对应的线阵相机，然后由四组线阵相机捕捉四步相移条纹图。

7、前述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，所述轴承表面信息经π/2四步相移条纹图计算获得，公式如下：

8、

9、式中，为包裹相位值，i1、i2、i3和i4分别为四组线阵相机捕捉的光强值。

10、前述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，对所述包裹相位值解包裹处理得到连续相位，结合标定参数获得待测轴承滚子成像面的3d空间信息，进而计算空间曲率、3d深度信息以及粗糙度参数。

11、前述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法中，对所述四步相移条纹图叠加平均计算获得待测轴承滚子表面光强图像、调制度和相位质量图。

12、与现有技术相比，本发明通过结合偏振干涉和线扫条纹成像策略，有效解决了传统面结构光投影在离焦和高反光条件下的问题，同时能够克服传统干涉技术检测范围小、对背景光和环境振动以及温湿度变化敏感的缺点，实现更广泛的应用场景，同时获取的π/2的四步相移条纹图内包含有多种信息源，通过多信息融合可有效提升缺陷识别的准确性；此外，本发明通过第一半波片、第二半波片、分光镜对反射和透射光的调整以及各偏振分光镜的光线选择，确保光线质量的同时减少背景光及散斑噪声的干扰，从而提升成像质量。

技术特征：

1.一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：线偏正激光器发射线偏振光，线偏振光经过正交偏振光束产生模块形成正交偏振激光，正交偏振激光通过线性扩散板后射向待测轴承滚子，待测轴承滚子反射的正交偏振激光进入线扫条纹成像端生成π/2的四步相移条纹图，然后由四组线阵相机捕捉四步相移条纹图，利用四步相移条纹图的图像信息进行待测轴承滚子表面信息的分析和获取。

2.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：所述线偏正激光器发射的线偏振光依次经散斑衰减器、第一半波片和扩束系统进入正交偏振光束产生模块；所述散斑衰减器用于减少线偏振光中的散斑噪声，以提高光斑的均匀性；所述第一半波片用于旋转线偏振光的偏振方向；所述扩束系统用于比例放大线偏振光。

3.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：所述线偏振光进入正交偏振光束产生模块后被第一偏振分光镜分为p偏振光和s偏振光，p偏振光和s偏振光分别经对应的第一1/4波片和第一反射镜作用后合并形成正交偏振激光；所述第一1/4波片用于旋转线偏振光的偏振方向。

4.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：所述正交偏振光束产生模块形成的正交偏振激光经第二反射镜及线性扩散板作用后射向待测轴承滚子；所述线性扩散板用于改变光束形状，将正交偏振激光的点光源转为线光源。

5.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：所述正交偏振激光进入线扫条纹成像端后被成像镜头接收，随后依次经过第二半波片和分光镜变为反射光和透射光，透射光进入第二偏振分光镜后变为第一p偏振光和第一s偏振光，第一p偏振光和第一s偏振光分别进入对应的线阵相机；所述反射光经第二1/4波片进入第三偏振分光镜后变为第二p偏振光和第二s偏振光，第二p偏振光和第二s偏振光分别进入对应的线阵相机，然后由四组线阵相机捕捉四步相移条纹图。

6.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：所述轴承表面信息经四步相移条纹图计算获得，公式如下：

7.根据权利要求6所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：对所述包裹相位值解包裹处理得到连续相位，结合标定参数获得待测轴承滚子成像面的3d空间信息，进而计算空间曲率、3d深度信息以及粗糙度参数。

8.根据权利要求1所述的基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，其特征在于：对所述四步相移条纹图叠加平均计算获得待测轴承滚子表面光强图像、调制度和相位质量图。

技术总结本发明公开了一种基于条纹可分离激光干涉的轴承滚子滚动面检测方法，线偏正激光器发射线偏振光，线偏振光经过正交偏振光束产生模块形成正交偏振激光，正交偏振激光通过线性扩散板后射向待测轴承滚子，待测轴承滚子反射的正交偏振激光进入线扫条纹成像端生成π/2的四步相移条纹图，然后由四组线阵相机捕捉四步相移条纹图，利用四步相移条纹图的图像信息进行待测轴承滚子表面信息的分析和获取；本发明将偏振干涉和线扫条纹成像结合，有效减少了环境因素和高反光对投射过程和反射图像的影响，同时获得的图像信息包含有多种信息源，有效提升识别检测的准确。技术研发人员：朱勇建,方森,张腾远,王强成伟,王钰森,刘云龙,陈耿煜,何佼,曲章受保护的技术使用者：深圳技术大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27