基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115682961A(43)申请公布日2023.02.03(21)申请号202210853898.1(22)申请日2022.07.12(71)申请人福建龙溪轴承（集团）股份有限公司地址363020福建省漳州市龙文区小港北路32号申请人福州大学(72)发明人黄异钟舜聪陈志雄庄彩虹林杰文张秋坤张政浩(74)专利代理机构福州元创专利商标代理有限公司35100专利代理师张灯灿蔡学俊(51)Int.Cl.G01B11/06(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统及方法(57)摘要本发明涉及一种基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统及方法，该系统包括：钨卤素灯光源模块，用于发射光束；第一凸透镜，用于将钨卤素灯光源模块的发射光准直为平行光束；迈克尔逊干涉仪模块，用于将光束分束为强度相等的两束光，作为参考光、探测光分别汇聚于参考镜、待测轴承涂层表面，反射后重合发生干涉，形成干涉光束；以及二维光谱仪模块，包括反射镜、反射式光栅、柱透镜和面阵CCD相机，干涉光束经反射镜传播至反射式光栅，并按波长在空间分光后由柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵CCD相机采集获得二维干涉光谱条纹，进而获得轴承涂层厚度信息。该系统及方法有利于对自润滑轴承涂层厚度进行非接触无损检测，测量速度快，检测精度高。CN115682961ACN115682961A权利要求书1/2页1.一种基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统，其特征在于，包括：钨卤素灯光源模块，用于发射光束；第一凸透镜，用于将钨卤素灯光源模块发射的点光束准直为平行光束；迈克尔逊干涉仪模块，用于将光束分束为强度相等的两束光，作为参考光、探测光分别汇聚于参考镜、待测轴承涂层表面，反射后重合发生干涉，形成干涉光束；以及二维光谱仪模块，包括反射镜、反射式光栅、柱透镜和面阵CCD相机，干涉光束经反射镜传播至反射式光栅，并按波长在空间分光后由柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵CCD相机采集获得二维干涉光谱条纹，通过图像处理及计算获得轴承涂层厚度信息。2.根据权利要求1所述的基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统，其特征在于，所述迈克尔逊干涉仪模块包括分束器、第二凸透镜、平面反射镜和第三凸透镜，所述平面反射镜作为参考镜，所述分束器将入射的光束分束为强度相等的两束光，一束作为参考光经第二凸透镜汇聚于参考镜，另一束作为探测光经第三凸透镜汇聚于三维移动平台上的待测轴承涂层样品表面，两束光经反射至分束器后发生干涉，并出射至二维光谱仪模块的反射镜。3.根据权利要求1所述的基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机上安装有图像处理及计算软件模块，用于根据获得的二维干涉光谱条纹计算获得轴承涂层厚度信息。4.一种基于权利要求1‑3任一项所述系统的基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、钨卤素灯光源模块发射点光束，经凸透镜准直为平行光束，而后经迈克尔逊干涉仪模块的分束器分束为强度相等的两束光，一束作为参考光汇聚于迈克尔逊干涉仪模块的参考镜，另一束作为探测光汇聚于待测轴承涂层样品表面，两束光经反射至分束器后发生干涉，干涉光束出射至二维光谱仪模块的反射镜，经反射后传播至反射式光栅；反射式光栅按波长在空间分光后由二维光谱仪模块的柱透镜汇聚成干涉谱线，由面阵CCD相机采集获得二维干涉光谱条纹；步骤S2、二维光谱仪模块将采集到的干涉光谱条纹图像传输到计算机，对条纹信号进行处理，对采集到的一系列图像进行快速傅里叶变换，提取出各行像素点强度变化频率；步骤S3、将各行像素点强度变化频率乘以经波长标定后自搭建光谱仪所确定的系统距离分辨率，即得到待测样品层析结构图。5.根据权利要求4所述的基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，光源经参考光路后被光谱仪采集到的信号为：2ikrIR(A)＝SR(k)e(1)2ikr式中，SR(k)为参考光的谱功率分布函数，e为相位，2r为参考比的光程长度，k为波数且k＝2π/λ；样品反射光为：式中，SS(k,z)为对应样品不同深度的反射光的谱功率分布函数，n为样品反射率；r+nz为样品在深度z上对应的光程；2CN115682961A权利要求书2/2页当参考光和反射光发生干涉后，被系统接受并转换成干涉光谱信号为：式(3)得到的为真实的干涉光谱信号，而实际采集到的信号即自润滑轴承涂层区域光学干涉信号为：6.根据权利要求4所述的基于光学相干层析的自润滑轴承涂层厚度检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，待测样品层析结构图的计算方法为：式中，代表卷积运算；将信号乘以自搭建光谱仪所确定的系统