本實(shí)用新型涉及桿的質(zhì)量檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種桿的彎曲度測量裝置。

背景技術(shù)：

目前，關(guān)于桿等各種圓桿的加工過程中，會因?yàn)槌叽缧?，剛度小，容易發(fā)生變形而加工困難，而在實(shí)際的運(yùn)用就要求要有桿的精確彎曲度，而平常的測量桿彎曲度的方法不夠迅速，而且有些接觸測量方法可能影響到元件，所以造成加工桿的測量難度大大增加，而在實(shí)際運(yùn)用中又需要高精度的桿。

常用的檢測桿彎曲度的方法有：目測法和接觸性測量法，這些方法存在檢測不準(zhǔn)確，可能造成系統(tǒng)和人為誤差，因此為了生產(chǎn)高精度的桿，減輕加工過程中的費(fèi)用和時(shí)間，以及提高準(zhǔn)確率，提出如下方法：采用低相干光源的干涉現(xiàn)象測量桿的彎曲度，可以快速便捷準(zhǔn)確地測量出桿的彎曲度。

在現(xiàn)有的技術(shù)里，目測法的結(jié)果會與實(shí)際彎曲度有很大的差別，這就會對實(shí)際生產(chǎn)過程中造成了很大的潛在危害，另外有測量方法，其方法如下，用卡盤固定待測桿，再加上電機(jī)的勻速旋轉(zhuǎn)一周，以一激光射到圓心，待桿旋轉(zhuǎn)一周后，收集光信號，數(shù)據(jù)處理后觀察圓心位置的變化，以擬合桿彎曲度的曲線。在該方法中不能實(shí)時(shí)的找到桿每一點(diǎn)的彎曲情況，不能取樣多點(diǎn)，準(zhǔn)確性不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種無需接觸待檢測桿，能多次對桿的多個(gè)位置進(jìn)行測量，大大提高測量精度的桿的彎曲度測量裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。

本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的：

一種桿的彎曲度測量裝置，包括光源、與所述光源相連接的光纖耦合器、以及分別與所述光纖耦合器的另三個(gè)端口相連接的參考端、樣品端和數(shù)據(jù)采集及處理裝置；

光源為低相干光；

光纖耦合器為2×2光纖耦合器，用于將所述光源發(fā)射出的光束分成一個(gè)測量光束和一個(gè)參考光束；

所述參考端用于所述參考光束的傳播，包括光學(xué)中心設(shè)置在同一直線上的第一準(zhǔn)直鏡、第一凸透鏡和反射鏡，反射鏡固定在反射鏡固定裝置上，所述參考光束經(jīng)第一準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直后變成平行光，再通過第一凸透鏡會聚后射到反射鏡上再被反射回來；

所述樣品端用于所述測量光束的傳播，包括光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置、待測桿以及分別帶動待測桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和前后移動的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，所述待測桿的表面與光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置射出的光束垂直，所述測量光束經(jīng)光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置準(zhǔn)直后分成多路等光程的光依次射到待測桿的表面；

所述數(shù)據(jù)采集及處理裝置用于采集和處理所述參考光束和測量光束分別在參考端和樣品端中反射回來后再在所述光纖耦合器中結(jié)合所產(chǎn)生干涉光的圖像信號，包括第二凸透鏡、衍射光柵、第三凸透鏡、線陣相機(jī)和電腦，所述樣品端中測量光束的后向散射光和參考端中參考光束的反射光在光纖耦合器中產(chǎn)生干涉光，第二凸透鏡將干涉光變成平行光，再由衍射光柵進(jìn)行分光處理，接著經(jīng)過第三凸透鏡使線陣相機(jī)接收并采集干涉光的信號，電腦對采集到的信號進(jìn)行處理。

進(jìn)一步地，所述待測桿兩端分別各與一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接，兩臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別固定在兩側(cè)的固定支架上，固定支架的底端與步進(jìn)電機(jī)連接。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集及處理裝置將采集到的干涉光信號強(qiáng)度經(jīng)傅里葉變換使干涉光強(qiáng)度信號從波矢空間變換到坐標(biāo)空間。

本實(shí)用新型提供的桿的彎曲度測量裝置及其測量方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、測量時(shí)無需接觸到待測桿外表面，避免因接觸對待測桿造成的損傷。

2、可實(shí)現(xiàn)對待測桿的多點(diǎn)取樣測量，提高了測量速度，有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)上的全樣品檢測。

3、通過弱相干光干涉原理實(shí)現(xiàn)桿表面彎曲度的檢測，檢測靈敏度高，檢測精度高可達(dá)到微米級別。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1—光源，2—光纖耦合器，3—參考端，31—第一準(zhǔn)直鏡， 32—第一凸透鏡，33—反射鏡，34—反射鏡固定裝置，35—光纖接口， 4—樣品端，41—光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置，42—待測桿，43—旋轉(zhuǎn)電機(jī)， 44—步進(jìn)電機(jī)，45—固定支架，5—數(shù)據(jù)采集及處理裝置，51—第二凸透鏡，52—衍射光柵，53—第三凸透鏡，54—線陣相機(jī)，55—電腦。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，桿的彎曲度測量裝置，包括光源1、與光源1相連接的光纖耦合器2、以及分別與光纖耦合器1的另三個(gè)端口相連接的參考端3、樣品端4和數(shù)據(jù)采集及處理裝置5，其中，光源1為低相干光；光纖耦合器2為2×2光纖耦合器，用于將光源發(fā)射出的光束分成一個(gè)測量光束和一個(gè)參考光束；

參考端3用于參考光束的傳播，包括光學(xué)中心設(shè)置在同一直線上的第一準(zhǔn)直鏡31、第一凸透鏡32和反射鏡33，反射鏡33固定在反射鏡固定裝置34上，參考光束經(jīng)第一準(zhǔn)直鏡31準(zhǔn)直后變成平行光，再通過第一凸透鏡32會聚后射到反射鏡33上再被反射回來；

樣品端4用于測量光束的傳播，包括光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41、待測桿42以及分別帶動待測桿42旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和前后移動的旋轉(zhuǎn)電機(jī) 43和步進(jìn)電機(jī)44，待測桿42兩端分別各與一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)43連接，兩臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)43分別固定在兩側(cè)的固定支架45上，固定支架45的底端與步進(jìn)電機(jī)44連接，待測桿42的表面與光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置 41射出的光束垂直，測量光束經(jīng)光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41準(zhǔn)直后分成多路等光程的光依次射到待測桿42的表面；

數(shù)據(jù)采集及處理裝置5用于采集和處理參考光束和測量光束分別在參考端3和樣品端4中反射回來后再在光纖耦合器2中結(jié)合所產(chǎn)生干涉光的圖像信號，包括第二凸透鏡51、衍射光柵52、第三凸透鏡53、線陣相機(jī)54和電腦55，樣品端4中測量光束的反射光和參考端3中參考光束的反射光在光纖耦合器2中產(chǎn)生干涉光，第二凸透鏡51將干涉光變成平行光，再由衍射光柵52進(jìn)行分光處理，接著經(jīng)過第三凸透鏡53使線陣相機(jī)54接收并采集干涉光的信號，電腦55 對采集到的信號進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)采集及處理裝置5是將采集到的干涉光信號強(qiáng)度經(jīng)傅里葉變換使干涉光強(qiáng)度信號從波矢空間變換到坐標(biāo)空間。

使用上述桿的彎曲度測量裝置進(jìn)行桿的彎曲度的測量，包括以下步驟：

(1)開啟光源1通過光纖藕合器2分別向樣品端4的待測桿發(fā)射測量光束和參考端3發(fā)射參考光束，其中光纖藕合器2為2×2光纖耦合器，光源1為低相干光；參考端3包括光學(xué)中心設(shè)置在同一直線上的第一準(zhǔn)直鏡31、第一凸透鏡32和反射鏡33，參考光束通過一光纖接口35后經(jīng)第一準(zhǔn)直鏡31準(zhǔn)直后變成平行光，再通過第一凸透鏡32會聚后射到反射鏡33上再被反射回來，樣品端4包括光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41、待測桿42以及分別帶動待測桿42旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和前后移動的旋轉(zhuǎn)電機(jī)43和步進(jìn)電機(jī)44，待測桿42的表面與光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41射出的光束垂直，測量光束經(jīng)光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41準(zhǔn)直后分成多路等光程的光依次射到待測桿42的表面。

(2)數(shù)據(jù)采集及處理裝置5中的電腦55控制光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41 逐個(gè)開與關(guān)，使測量光束垂直照射在待測桿42上；步進(jìn)電機(jī)44帶動待測桿42直線移動以使光開關(guān)陣列準(zhǔn)直裝置41檢測逐段檢測待測桿 42，旋轉(zhuǎn)電機(jī)43帶動待測桿42做圓周運(yùn)動以周向測量待測桿42，如此，直至將待測桿42表面所在的點(diǎn)全部檢測完；

(3)數(shù)據(jù)采集及處理裝置5記錄待測桿42的干涉信號，數(shù)據(jù)采集及處理裝置5包括第二凸透鏡51、衍射光柵52、第三凸透鏡53、線陣相機(jī)54和電腦55，樣品端4中測量光束的反射光和參考端3中參考光束的反射光在光纖耦合器2中產(chǎn)生干涉光，第二凸透鏡51將干涉光變成平行光，再由衍射光柵52進(jìn)行分光處理，接著經(jīng)過第三凸透鏡53使線陣相機(jī)54接收并采集干涉光的信號，電腦55對采集到的信號進(jìn)行處理。

(4)電腦55接收線陣相機(jī)54的干涉信號并擬合得出三維圖像，獲得彎曲度信息，具體地，圖像處理是將采集到的干涉光信號強(qiáng)度經(jīng)傅里葉變換使干涉光強(qiáng)度信號從波矢空間變換到坐標(biāo)空間，坐標(biāo)空間下的干涉光信號強(qiáng)度I_RS(z)與待測桿表面的深度z具有以下關(guān)系，可表示為：

其中，z表示待測桿表面上任意點(diǎn)的深度，當(dāng)且僅當(dāng)z＝z_i^m為反射面位置時(shí)，I_RS(z_i^m)>>I_RS(z_i^m’)， z_i^m≠z_i^m’，z_i^m是指轉(zhuǎn)動m角度時(shí)i點(diǎn)沿待測桿的厚度方向除反射面z_i^m’對應(yīng)位置外的其它點(diǎn)，為確保桿的轉(zhuǎn)動中心是桿的中心位置，定義實(shí)際探測深度z_i＝z_i^m-[(z_i^m)_max+(z_i^m+π)_max]/2，由此可判斷反射點(diǎn)深度，即凸起或凹陷的點(diǎn)與平整的點(diǎn)所對應(yīng)的z_i值不相等；

再根據(jù)z_i值的差異可以判斷出桿某一位置處平整度的差異，若多數(shù)z_i值互不相同，則對某一段的桿的測得數(shù)據(jù)z_i進(jìn)行彎曲度C_i～i+Δi估計(jì)，定義為其中，Δl_i～i+Δi是桿i～i+Δi區(qū)域的水平長度，max(Δz_i～Δi)是桿i～i+Δi區(qū)域的測量的深度的最大插值，即(Δz_i～Δi)_max＝(z_i～Δi)_max-(z_i～Δi)_min。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。