基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測(cè)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(cè)量裝置。機(jī)械加工的薄壁件表面誤差測(cè)量通常接觸式測(cè)量，接觸零部件表面，其測(cè)量移動(dòng)速度較慢，無(wú)法測(cè)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(cè)量裝置（14），測(cè)量裝置包括套筒（1），套筒上部通過(guò)螺栓與支撐裝置（9）連接，支撐裝置兩端通過(guò)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(guò)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(cè)量裝置。
【專利說(shuō)明】
基于空間光調(diào)制器的薄壁件加工誤差測(cè)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(cè)量以及薄壁件表面質(zhì)量測(cè)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(cè)量通常采用接觸式測(cè)量，測(cè)量時(shí)，由于其在薄壁曲面(葉輪葉片)表面移動(dòng)，測(cè)量速度較慢，同時(shí)一方面難于測(cè)量小于測(cè)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(cè)；
[0005]本發(fā)明采用非接觸式測(cè)量可以在不接觸被測(cè)薄壁零件的前提下對(duì)薄壁曲面進(jìn)行在機(jī)測(cè)量，既可以防止薄壁葉片在接觸測(cè)量時(shí)的變形、也可以測(cè)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(wú)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(cè)點(diǎn)的全部振幅和相位信息等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)薄壁零件表面質(zhì)量的定量快速測(cè)量。液晶空間光調(diào)制器對(duì)光路的捕捉也十分清晰，可以有效的增強(qiáng)測(cè)量的精度，適合于薄壁零件自由曲面的高精度在機(jī)測(cè)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(wèn)題越來(lái)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(lái)要求潤(rùn)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(duì)制件表面的檢測(cè)、識(shí)別和評(píng)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(wèn)題。即已知輸入，輸出平面上光場(chǎng)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(chǎng)經(jīng)過(guò)調(diào)制后，在空間中發(fā)生衍射，根據(jù)衍射距離的不同來(lái)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(guò)在機(jī)測(cè)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(guò)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(cè)量裝置[0011 ]上述的目的通過(guò)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(cè)量裝置，其組成包括:一組測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置包括套筒，所述的套筒上部通過(guò)螺栓與支撐裝置連接，所述的支撐裝置兩端通過(guò)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(guò)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(cè)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(cè)量裝置，所述的支撐裝置上方通過(guò)螺栓與刀柄連接，所述的一組測(cè)量裝置中間部位放置有待測(cè)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(cè)量以及薄壁件表面質(zhì)量測(cè)量裝置，具有集成化，將光學(xué)元件與在機(jī)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過(guò)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(lái)調(diào)整其角度，使入射光路更準(zhǔn)確，清晰，同時(shí)對(duì)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(kāi)有軌道，通過(guò)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(cè)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(cè)物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)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(wèn)題，同時(shí)也對(duì)軟質(zhì)材料，易損工件的測(cè)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(kāi)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(guò)可視窗進(jìn)行反射。
[0022]本實(shí)用新型主要是通過(guò)將光學(xué)元件與在機(jī)測(cè)量相結(jié)合，測(cè)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(guò)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(guò)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(duì)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(guò)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(shuō)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(cè)量裝置測(cè)量過(guò)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(cè)量裝置，其組成包括:一組測(cè)量裝置14，所述的測(cè)量裝置包括套筒I，所述的套筒上部通過(guò)螺栓與支撐裝置9連接，所述的支撐裝置兩端通過(guò)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(guò)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(cè)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(cè)量裝置，所述的支撐裝置上方通過(guò)螺栓與刀柄10連接，所述的一組測(cè)量裝置中間部位放置有待測(cè)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(cè)量裝置的測(cè)量方法，本方法是:
[0041 ]首先將測(cè)量裝置通過(guò)刀柄放置到主軸上，因待測(cè)薄壁工件為葉輪葉片，因此將所述的測(cè)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(guò)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(guò)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(cè)薄壁曲面(葉輪葉片)，經(jīng)薄壁曲面(葉輪葉片)反射，產(chǎn)生測(cè)試光，該測(cè)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(guò)在機(jī)測(cè)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(wèn)題。已知輸入，輸出平面上光場(chǎng)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(chǎng)經(jīng)過(guò)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(guò)在機(jī)測(cè)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(guò)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(cè)量裝置的測(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(guò)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(kāi)有視窗，將套筒內(nèi)的光入射至套筒外的偏振片，套筒下部?jī)蓚?cè)設(shè)有凹槽，通過(guò)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(duì)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(guò)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(cè)量裝置，其組成包括:一組測(cè)量裝置，其特征是:所述的測(cè)量裝置包括套筒，所述的套筒上部通過(guò)螺栓與支撐裝置連接，所述的支撐裝置兩端通過(guò)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(guò)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(cè)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(cè)量裝置，其特征是:所述的支撐裝置上方通過(guò)螺栓與刀柄連接，所述的一組測(cè)量裝置中間部位放置有待測(cè)薄壁工件。
【文檔編號(hào)】B23Q17/24GK205630148SQ201620482920
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)