基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置。機(jī)械加工的薄壁件表面誤差測量通常接觸式測量，接觸零部件表面，其測量移動(dòng)速度較慢，無法測量小于側(cè)頭曲率半徑的微觀凹坑。本實(shí)用新型組成包括：一組測量裝置（14），測量裝置包括套筒（1），套筒上部通過螺栓與支撐裝置（9）連接，支撐裝置兩端通過連接軸分別與2個(gè)調(diào)制器卡夾緊裝置（2）連接，調(diào)制器卡夾緊裝置內(nèi)部分別安裝有左液晶空間光調(diào)制器（3）、右液晶空間光調(diào)制器（8），左液晶空間光調(diào)制器、右液晶空間光調(diào)制器內(nèi)表面分別安裝有偏振片（7），套筒上方通過方形凹槽安裝有數(shù)字相移干涉儀（6）。本實(shí)用新型用于基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置。
【專利說明】
基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實(shí)用新型涉及光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)械加工表面中加工誤差測量以及薄壁件表面質(zhì)量測量裝置。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]目前數(shù)控加工中薄壁曲面(葉輪葉片)的表面加工誤差測量通常采用接觸式測量，測量時(shí)，由于其在薄壁曲面(葉輪葉片)表面移動(dòng)，測量速度較慢，同時(shí)一方面難于測量小于測頭曲率半徑的微觀凹坑的誤差，另一方面易使薄壁曲面的表面受力發(fā)生變形。從而不能適用于實(shí)時(shí)的在線檢測；
[0005]本發(fā)明采用非接觸式測量可以在不接觸被測薄壁零件的前提下對薄壁曲面進(jìn)行在機(jī)測量，既可以防止薄壁葉片在接觸測量時(shí)的變形、也可以測量自由曲率的葉片等。同時(shí)，本發(fā)明采用空間光調(diào)制器得到薄壁曲面(葉輪葉片)上采樣點(diǎn)的空間坐標(biāo)位移，這是由于空間光調(diào)制器在采樣中具有高分辨率、無損、數(shù)字化記錄的優(yōu)點(diǎn)，能夠得到薄壁曲面(葉輪葉片)上所測點(diǎn)的全部振幅和相位信息等，可實(shí)現(xiàn)對薄壁零件表面質(zhì)量的定量快速測量。液晶空間光調(diào)制器對光路的捕捉也十分清晰，可以有效的增強(qiáng)測量的精度，適合于薄壁零件自由曲面的高精度在機(jī)測量；
[0006]隨著現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械零件的表面質(zhì)量問題越來越引起廣泛的關(guān)注，機(jī)械零件中高強(qiáng)度零件的可靠性，在很大程度上依賴于加工后零件表面的質(zhì)量，從原來要求潤滑、磨損、振動(dòng)、疲勞等單項(xiàng)性能優(yōu)良性，轉(zhuǎn)變?yōu)橐笃渚C合性能優(yōu)良性，因而，對制件表面的檢測、識(shí)別和評定提出了更高的要求；
[0007]由于本發(fā)明應(yīng)用光學(xué)元件液晶空間光調(diào)制器，利用液晶空間光調(diào)制器進(jìn)行光束點(diǎn)采集關(guān)鍵在于其相位函數(shù)的設(shè)計(jì)，這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)相位恢復(fù)問題。即已知輸入，輸出平面上光場的振幅分布，求取液晶空間光調(diào)制器的最優(yōu)相位分布，使入射光場經(jīng)過調(diào)制后，在空間中發(fā)生衍射，根據(jù)衍射距離的不同來得到薄壁零件自由曲面采樣點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0008]為了通過在機(jī)測量的方法獲得薄壁曲面的加工誤差，提出了一種基于物體重心原理的采樣方法，該方法能夠使薄壁件上的采樣點(diǎn)分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采樣點(diǎn)較密，曲率小的地方采樣點(diǎn)較稀，這樣本發(fā)明裝置通過數(shù)控技術(shù)在機(jī)提取薄壁曲面的采樣點(diǎn)。然后基于NURBS曲面進(jìn)行薄壁曲面采樣點(diǎn)的重構(gòu)，該曲面為多軸數(shù)控機(jī)床加工后的曲面。最后基于點(diǎn)到直線的最小距離方法計(jì)算出機(jī)床加工后的實(shí)際曲面與原始設(shè)計(jì)的曲面的輪廓誤差，獲得薄壁曲面零件的加工誤差。
[0009]【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0010]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置[0011 ]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0012]—種基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，其組成包括:一組測量裝置，所述的測量裝置包括套筒，所述的套筒上部通過螺栓與支撐裝置連接，所述的支撐裝置兩端通過連接軸分別與2個(gè)調(diào)制器卡夾緊裝置連接，所述的調(diào)制器卡夾緊裝置內(nèi)部分別安裝有左液晶空間光調(diào)制器、右液晶空間光調(diào)制器，所述的左液晶空間光調(diào)制器、所述的右液晶空間光調(diào)制器外表面分別安裝有偏振片，所述的套筒上方通過方形凹槽安裝有數(shù)字相移干涉儀。
[0013]所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，所述的數(shù)字相移干涉儀下方安裝有鏡片套筒裝置，所述的套筒內(nèi)部下方安裝有零位補(bǔ)償透鏡裝置，所述的零位補(bǔ)償透鏡裝置外側(cè)具有兩個(gè)凸出塊，所述的凸出塊安裝在所述的套筒外側(cè)的軌道槽內(nèi)，所述的軌道槽內(nèi)安裝有軌道裝置，所述的套筒外側(cè)具有2個(gè)可視窗。
[0014]所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，所述的支撐裝置上方通過螺栓與刀柄連接，所述的一組測量裝置中間部位放置有待測薄壁工件。
[0015]有益效果:
[0016]1.本實(shí)用新型是一種機(jī)械加工表面中加工誤差測量以及薄壁件表面質(zhì)量測量裝置，具有集成化，將光學(xué)元件與在機(jī)測量進(jìn)行結(jié)合，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)成套筒型結(jié)構(gòu)，將光學(xué)元件進(jìn)行了整合，既節(jié)省了光學(xué)元件的測量空間，同時(shí)也使光學(xué)元件得到了保護(hù)。
[0017]本實(shí)用新型可以根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)動(dòng)，具有多個(gè)自由度，測量方便，數(shù)字相移干涉儀發(fā)射的激光，經(jīng)光學(xué)元件射向待測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過液晶空間光調(diào)制器處理，最終被數(shù)字相移干涉儀接收。
[0018]本實(shí)用新型采用左、右雙側(cè)液晶空間光調(diào)制器的設(shè)計(jì)，雙側(cè)液晶空間光調(diào)制器可以隨著數(shù)字相移干涉儀所發(fā)射的激光在薄壁曲面(葉輪葉片)上反射光的角度不同來調(diào)整其角度，使入射光路更準(zhǔn)確，清晰，同時(shí)對采樣點(diǎn)的捕捉更為精確快捷。雙側(cè)的設(shè)計(jì)可以降低由于薄壁曲面(葉輪葉片)曲率不同造成的數(shù)據(jù)采集方面的誤差。使數(shù)據(jù)的采集更加方便，準(zhǔn)確。
[0019]本實(shí)用新型的數(shù)字相移干涉儀下的鏡片套筒裝置，可以調(diào)節(jié)鏡筒內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，光闌的焦距，可以更好的調(diào)節(jié)光路，在鏡片套筒裝置下方外壁兩側(cè)開有軌道，通過軌道裝置可以調(diào)節(jié)零位補(bǔ)償透鏡的角度，方便更好的接收入射光，同時(shí)將光入射給偏振片，這兩處設(shè)計(jì)，一是保證了光路的準(zhǔn)確性，二是節(jié)省了光學(xué)元件測量的空間。
[0020]本實(shí)用新型采用反射式純相位液晶空間光調(diào)制器，其像元尺寸小，分辨率高，衍射效率高，同時(shí)該產(chǎn)品可以在不接觸被測物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測量，采用光學(xué)法與數(shù)學(xué)擬合法相結(jié)合，既保證了精度問題，同時(shí)也對軟質(zhì)材料，易損工件的測量提供了便利，較好的彌補(bǔ)了觸針式儀器的不足。
[0021]本實(shí)用新型在套筒的中部開有可視窗，一是可以調(diào)整套筒內(nèi)部的鏡片角度與焦距，二是可以使光路透過可視窗進(jìn)行反射。
[0022]本實(shí)用新型主要是通過將光學(xué)元件與在機(jī)測量相結(jié)合，測量薄壁件的加工誤差，套筒裝置內(nèi)的數(shù)字相移干涉儀提供光源，經(jīng)過鏡筒內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，標(biāo)準(zhǔn)平面鏡將光路分為兩路，一路反射光和一路透射光，透射光經(jīng)光闌反射至鏡筒下方的可調(diào)節(jié)角度的零位補(bǔ)償透鏡裝置，零位補(bǔ)償透鏡裝置透過視窗將鏡筒內(nèi)的入射光入射至偏振片，偏振片將光入射至液晶空間光調(diào)制器，經(jīng)由液晶空間光調(diào)制器對薄壁件表面反射光信息進(jìn)行采集，得到數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息。
[0023]本實(shí)用新型具有重量輕，結(jié)構(gòu)小巧的優(yōu)點(diǎn)，由于將一系列光學(xué)元件應(yīng)用套筒進(jìn)行了整合，內(nèi)部設(shè)有軌道裝置，即節(jié)省了空間，又減輕了重量，從整體上減輕了主軸的負(fù)荷。
[0024]本實(shí)用新型提出了一種基于物體重心原理的采樣方法，該方法能夠使薄壁件上的采樣點(diǎn)分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采樣點(diǎn)較密，曲率小的地方采樣點(diǎn)較稀，這樣本發(fā)明裝置通過數(shù)控技術(shù)在機(jī)提取薄壁曲面的采樣點(diǎn)，然后基于NURBS曲面進(jìn)行薄壁曲面采樣點(diǎn)的重構(gòu)，該曲面為多軸數(shù)控機(jī)床加工后的曲面，最后基于點(diǎn)到直線的最小距離方法計(jì)算出機(jī)床加工后的實(shí)際曲面與原始設(shè)計(jì)的曲面的輪廓誤差，獲得薄壁曲面零件的精確的加工誤差。
[0025]【附圖說明】:
[0026]附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之一。
[0027]附圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
[0028]附圖3是附圖1拆除套筒后內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作時(shí)的光路示意圖。
[0029]附圖4是本實(shí)用新型的測量裝置測量過程示意圖。
[0030]附圖5是附圖3中A的放大圖。
[0031]附圖6是附圖1與附圖2的分解圖。
[0032]【具體實(shí)施方式】:
[0033]實(shí)施例1:
[0034]—種基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，其組成包括:一組測量裝置14，所述的測量裝置包括套筒I，所述的套筒上部通過螺栓與支撐裝置9連接，所述的支撐裝置兩端通過連接軸分別與2個(gè)調(diào)制器卡夾緊裝置2連接，所述的調(diào)制器卡夾緊裝置內(nèi)部分別安裝有左液晶空間光調(diào)制器3、右液晶空間光調(diào)制器8，所述的左液晶空間光調(diào)制器、所述的右液晶空間光調(diào)制器內(nèi)表面分別安裝有偏振片7，所述的套筒上方通過方形凹槽安裝有數(shù)字相移干涉儀6。
[0035]實(shí)施例2:
[0036]根據(jù)實(shí)施例1所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，所述的數(shù)字相移干涉儀下方安裝有鏡片套筒裝置4，所述的套筒內(nèi)部下方安裝有零位補(bǔ)償透鏡裝置5，所述的零位補(bǔ)償透鏡裝置外側(cè)具有兩個(gè)凸出塊，所述的凸出塊安裝在所述的套筒外側(cè)的軌道槽內(nèi)，所述的軌道槽內(nèi)安裝有軌道裝置11，所述的套筒外側(cè)具有2個(gè)可視窗12
[0037]實(shí)施例3:
[0038]根據(jù)實(shí)施例1所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，所述的支撐裝置上方通過螺栓與刀柄10連接，所述的一組測量裝置中間部位放置有待測薄壁工件13。
[0039]實(shí)施例4:
[0040]—種利用實(shí)施例1-3所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置的測量方法，本方法是:
[0041 ]首先將測量裝置通過刀柄放置到主軸上，因待測薄壁工件為葉輪葉片，因此將所述的測量裝置置于五軸機(jī)床加工系統(tǒng)中，機(jī)床控制裝置的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒內(nèi)的數(shù)字相移干涉儀產(chǎn)生的激光入射至鏡片套筒裝置內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡分成一路反射光和一路透射光，一路反射光經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡反射至數(shù)字相移干涉儀作為參考光，一路透射光入射至光闌，經(jīng)光闌入射至零位補(bǔ)償透鏡裝置，通過調(diào)整零位補(bǔ)償透鏡兩端凸出塊在軌道內(nèi)的卡緊位置，進(jìn)而改變零位補(bǔ)償透鏡裝置角度，使入射光透過可視窗入射至偏振片，偏振片入射至液晶空間光調(diào)制器，經(jīng)液晶空間光調(diào)制器反射至待檢測薄壁曲面(葉輪葉片)，經(jīng)薄壁曲面(葉輪葉片)反射，產(chǎn)生測試光，該測試光經(jīng)液晶空間光調(diào)制器反射，經(jīng)偏振片，零位補(bǔ)償透鏡裝置和光闌入射至標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)平面參考鏡入射至數(shù)字相移干涉儀，數(shù)字相移干涉儀與計(jì)算機(jī)相連接，在計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件中獲得薄壁曲面采樣點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0042]通過在機(jī)測量軟件提取采樣點(diǎn)，生成程序并輸送到數(shù)控機(jī)床，驅(qū)動(dòng)本發(fā)明裝置進(jìn)行在機(jī)采樣，由于本發(fā)明應(yīng)用光學(xué)元件液晶空間光調(diào)制器，利用液晶空間光調(diào)制器進(jìn)行光束點(diǎn)采集，關(guān)鍵在于其相位函數(shù)的設(shè)計(jì)，這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)相位恢復(fù)問題。已知輸入，輸出平面上光場的振幅分布，求取液晶空間光調(diào)制器的最優(yōu)相位分布，使入射光場經(jīng)過調(diào)制后，在空間中發(fā)生衍射，根據(jù)衍射距離的不同得到薄壁曲面上采樣點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0043]為了通過在機(jī)測量的方法獲得薄壁曲面的加工誤差，提出了一種基于物體重心原理的采樣方法，該方法能夠使薄壁件上的采樣點(diǎn)分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采樣點(diǎn)較密，曲率小的地方采樣點(diǎn)較稀，這樣本發(fā)明裝置通過數(shù)控技術(shù)在機(jī)提取薄壁曲面的采樣點(diǎn)。然后基于NURBS曲面進(jìn)行薄壁曲面采樣點(diǎn)的重構(gòu)，該曲面為多軸數(shù)控機(jī)床加工后的曲面。最后基于點(diǎn)到直線的最小距離方法計(jì)算出機(jī)床加工后的實(shí)際曲面與原始設(shè)計(jì)的曲面的輪廓誤差，獲得薄壁曲面零件的加工誤差。
[0044]實(shí)施例5:
[0045]根據(jù)實(shí)施例1-4所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置的測量方法，所述的基于空間光調(diào)制器薄壁零件加工誤差在機(jī)測量裝置包括:
[0046]所述的刀柄:用于將本產(chǎn)品放在主軸上；
[0047]所述的支撐裝置:用于連接主體套筒與液晶空間光調(diào)制器裝置；
[0048]所述的調(diào)制器卡緊裝置:通過連接軸與支撐裝置相連接，液晶空間光調(diào)制器裝置具有槽，槽內(nèi)分別裝有左空間光調(diào)制器，右空間光調(diào)制器；
[0049]所述的液晶空間光調(diào)制器:用于接收數(shù)字相移干涉儀發(fā)射的參考光，以及薄壁件表面反射的測試光，左右兩個(gè)空間光調(diào)制器射于一點(diǎn)，有利于提取點(diǎn)的準(zhǔn)確度；
[0050]所述的偏振片:用于固定在液晶空間光調(diào)制器表面，接受套筒內(nèi)零位補(bǔ)償透鏡的入射光同時(shí)將此光反射至液晶空間光調(diào)制器；
[0051 ]所述的套筒:上部通過螺栓與支撐裝置連接，套筒內(nèi)部嵌入數(shù)字相移干涉儀，用于提供光源以及處理全息圖像，套筒中部開有視窗，將套筒內(nèi)的光入射至套筒外的偏振片，套筒下部兩側(cè)設(shè)有凹槽，通過調(diào)制器卡緊裝置將零位補(bǔ)償鏡片裝置按角度固定在套筒內(nèi)，調(diào)制器卡緊裝置位置微調(diào)，可以對角度細(xì)微調(diào)整；
[0052]所述的數(shù)字相移干涉儀:提供光源，接收參考光，最終參與干涉成像，鏡頭下部設(shè)有螺紋便于與鏡片套筒連接；
[0053]所述的鏡片套筒裝置:通過內(nèi)螺紋與數(shù)字相移干涉儀連接，鏡片套筒裝置內(nèi)包括一塊標(biāo)準(zhǔn)平面鏡，一塊光闌；
[0054]所述的零位補(bǔ)償透鏡裝置:接收數(shù)字相移干涉儀入射的激光，同時(shí)將光入射至套筒裝置外的偏振鏡，在零位補(bǔ)償透鏡外設(shè)有卡緊調(diào)節(jié)裝置，將鏡片固定在套筒內(nèi)的同時(shí)能夠調(diào)整入射角度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，其組成包括:一組測量裝置，其特征是:所述的測量裝置包括套筒，所述的套筒上部通過螺栓與支撐裝置連接，所述的支撐裝置兩端通過連接軸分別與2個(gè)調(diào)制器卡夾緊裝置連接，所述的調(diào)制器卡夾緊裝置內(nèi)部分別安裝有左液晶空間光調(diào)制器、右液晶空間光調(diào)制器，所述的左液晶空間光調(diào)制器、所述的右液晶空間光調(diào)制器外表面分別安裝有偏振片，所述的套筒上方通過方形凹槽安裝有數(shù)字相移干涉儀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，其特征是:所述的數(shù)字相移干涉儀下方安裝有鏡片套筒裝置，所述的套筒內(nèi)部下方安裝有零位補(bǔ)償透鏡裝置，所述的零位補(bǔ)償透鏡裝置外側(cè)具有兩個(gè)凸出塊，所述的凸出塊安裝在所述的套筒外側(cè)的軌道槽內(nèi)，所述的軌道槽內(nèi)安裝有軌道裝置，所述的套筒外側(cè)具有2個(gè)可視窗。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測量裝置，其特征是:所述的支撐裝置上方通過螺栓與刀柄連接，所述的一組測量裝置中間部位放置有待測薄壁工件。
【文檔編號(hào)】B23Q17/24GK205630148SQ201620482920
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】吳石, 王洋洋, 劉獻(xiàn)禮, 王延福, 劉海瑞
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)