基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法

基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法。机械加工的薄壁件表面误差测量通常接触式测量，接触零部件表面，其测量移动速度较慢，无法测量小于侧头曲率半径的微观凹坑。本发明组成包括：一组测量装置（14），测量装置包括套筒（1），套筒上部通过螺栓与支撑装置（9）连接，支撑装置两端通过连接轴分别与2个调制器卡夹紧装置（2）连接，调制器卡夹紧装置内部分别安装有左液晶空间光调制器（3）、右液晶空间光调制器（8），左液晶空间光调制器、右液晶空间光调制器内表面分别安装有偏振片（7），套筒上方通过方形凹槽安装有数字相移干涉仪（6）。本发明用于基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置。
【专利说明】
基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法
[0001 ]
技术领域： 本发明涉及光学领域，具体涉及一种机械加工表面中加工误差测量以及薄壁件表面质 量测量装置及方法。
[0002]
【背景技术】： 目前数控加工中薄壁曲面(叶轮叶片)的表面加工误差测量通常采用接触式测量，测量 时，由于其在薄壁曲面(叶轮叶片)表面移动，测量速度较慢，同时一方面难于测量小于测头 曲率半径的微观凹坑的误差，另一方面易使薄壁曲面的表面受力发生变形，从而不能适用 于实时的在线检测； 本装置采用非接触式测量可以在不接触被测薄壁零件的前提下对薄壁曲面进行在机 测量，既可以防止薄壁叶片在接触测量时的变形、也可以测量自由曲率的叶片等。同时，本 发明采用空间光调制器得到薄壁曲面(叶轮叶片)上采样点的空间坐标位移，这是由于空间 光调制器在采样中具有高分辨率、无损、数字化记录的优点，能够得到薄壁曲面(叶轮叶片） 上所测点的全部振幅和相位信息等，可实现对薄壁零件表面质量的定量快速测量。液晶空 间光调制器对光路的捕捉也十分清晰，可以有效的增强测量的精度，适合于薄壁零件自由 曲面的高精度在机测量； 随着现代机械加工工业的发展，机械零件的表面质量问题越来越引起广泛的关注，机 械零件中高强度零件的可靠性，在很大程度上依赖于加工后零件表面的质量，从原来要求 润滑、磨损、振动、疲劳等单项性能优良性，转变为要求其综合性能优良性，因而，对制件表 面的检测、识别和评定提出了更高的要求； 由于本装置应用光学元件液晶空间光调制器，利用液晶空间光调制器进行光束点采集 关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相位恢复问题。即已知输入，输出平面上光场 的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分布，使入射光场经过调制后，在空间中发 生衍射，根据衍射距离的不同来得到薄壁零件自由曲面采样点的坐标数据； 为了通过在机测量的方法获得薄壁曲面的加工误差，提出了一种基于物体重心原理的 采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样点分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采样点 较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本发明装置通过数控技术在机提取薄壁曲面的采样 点。然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样点的重构，该曲面为多轴数控机床加工后的曲 面。最后基于点到直线的最小距离方法计算出机床加工后的实际曲面与原始设计的曲面的 轮廓误差，获得薄壁曲面零件的加工误差。
[0003]

【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法。
[0004] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，其组成包括:一组测量装置，所述 的测量装置包括套筒，所述的套筒上部通过螺栓与支撑装置连接，所述的支撑装置两端通 过连接轴分别与2个调制器卡夹紧装置连接，所述的调制器卡夹紧装置内部分别安装有左 液晶空间光调制器、右液晶空间光调制器，所述的左液晶空间光调制器、所述的右液晶空间 光调制器外表面分别安装有偏振片，所述的套筒上方通过方形凹槽安装有数字相移干涉 仪。
[0005] 所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，所述的数字相移干涉仪下 方安装有镜片套筒装置，所述的套筒内部下方安装有零位补偿透镜装置，所述的零位补偿 透镜装置外侧具有两个凸出块，所述的凸出块安装在所述的套筒外侧的轨道槽内，所述的 轨道槽内安装有轨道装置，所述的套筒外侧具有2个可视窗。
[0006] 所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，所述的支撑装置上方通过 螺栓与刀柄连接，所述的一组测量装置中间部位放置有待测薄壁工件。
[0007] 一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法。该方法包括如下 步骤:首先是将测量装置通过刀柄放置到主轴上，因待测薄壁工件为叶轮叶片，因此将所述 的测量装置置于五轴机床加工系统中，机床控制装置的移动和转动，套筒内的数字相移干 涉仪产生的激光入射至镜片套筒装置内的标准平面参考镜，经标准平面参考镜分成一路反 射光和一路透射光，一路反射光经标准平面参考镜反射至数字相移干涉仪作为参考光，一 路透射光入射至光阑，经光阑入射至零位补偿透镜装置，通过调整零位补偿透镜两端凸出 块在轨道内的卡紧位置，进而改变零位补偿透镜装置角度，使入射光透过可视窗入射至偏 振片，偏振片入射至液晶空间光调制器，经液晶空间光调制器反射至待检测薄壁曲面叶轮 或叶片，经薄壁曲面叶轮或叶片反射，产生测试光，该测试光经液晶空间光调制器反射，经 偏振片，零位补偿透镜装置和光阑入射至标准平面参考镜，经标准平面参考镜入射至数字 相移干涉仪，数字相移干涉仪与计算机相连接，在计算机相应软件中获得薄壁曲面采样点 的坐标数据； 通过在机测量软件提取采样点，生成程序并输送到数控机床，驱动本测量装置进行在 机采样，由于本测量装置应用光学元件液晶空间光调制器，利用液晶空间光调制器进行光 束点采集，关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相位恢复问题，已知输入，输出平 面上光场的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分布，使入射光场经过调制后，在 空间中发生衍射，根据衍射距离的不同得到薄壁曲面的叶轮或者叶片上采样点的坐标数 据； 通过在机测量的方法获得薄壁曲面叶轮或者叶片的加工误差，提出了一种基于物体重 心原理的采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样点分布符合曲率特征，即在曲率大的地 方采样点较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本测量装置通过数控技术在机提取薄壁曲 面的采样点，然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样点的重构，该曲面为多轴数控机床加工 后的曲面，最后基于点到直线的最小距离方法计算出机床加工后的实际曲面与原始设计的 曲面的轮廓误差，获得薄壁曲面零件的加工误差。
[0008] 有益效果： 1.本发明是一种机械加工表面中加工误差测量以及薄壁件表面质量测量装置，具有集 成化，将光学元件与在机测量进行结合，本产品设计成套筒型结构，将光学元件进行了整 合，既节省了光学元件的测量空间，同时也使光学元件得到了保护。
[0009] 本发明可以根据实际情况转动，具有多个自由度，测量方便，数字相移干涉仪发射 的激光，经光学元件射向待测物体表面(薄壁曲面），经薄壁曲面反射的激光通过液晶空间 光调制器处理，最终被数字相移干涉仪接收。
[0010] 本发明采用左、右双侧液晶空间光调制器的设计，双侧液晶空间光调制器可以随 着数字相移干涉仪所发射的激光在薄壁曲面(叶轮叶片）上反射光的角度不同来调整其角 度，使入射光路更准确，清晰。同时对采样点的捕捉更为精确快捷。双侧的设计可以降低由 于薄壁曲面(叶轮叶片）曲率不同造成的数据采集方面的误差。使数据的采集更加方便，准 确。
[0011] 本发明的数字相移干涉仪下的镜片套筒装置，可以调节镜筒内标准平面镜，光阑 的焦距，可以更好的调节光路，在镜片套筒装置下方外壁两侧开有轨道，通过轨道装置可以 调节零位补偿透镜的角度，方便更好的接收入射光，同时将光入射给偏振片，这两处设计， 一是保证了光路的准确性，二是节省了光学元件测量的空间。
[0012] 本发明采用反射式纯相位液晶空间光调制器，其像元尺寸小，分辨率高，衍射效率 高，同时该产品可以在不接触被测物体的前提下进行精准测量，采用光学法与数学拟合法 相结合，既保证了精度问题，同时也对软质材料，易损工件的测量提供了便利，较好的弥补 了触针式仪器的不足。
[0013] 本发明在套筒的中部开有可视窗，一是可以调整套筒内部的镜片角度与焦距，二 是可以使光路透过可视窗进行反射。
[0014] 本发明主要是通过将光学元件与在机测量相结合，测量薄壁件的加工误差，套筒 装置内的数字相移干涉仪提供光源，经过镜筒内的标准平面镜，标准平面镜将光路分为两 路，一路反射光和一路透射光，透射光经光阑反射至镜筒下方的可调节角度的零位补偿透 镜装置，零位补偿透镜装置透过视窗将镜筒内的入射光入射至偏振片，偏振片将光入射至 液晶空间光调制器，经由液晶空间光调制器对薄壁件表面反射光信息进行采集，得到数据 点的信息。
[0015] 本发明具有重量轻，结构小巧的优点，由于将一系列光学元件应用套筒进行了整 合，内部设有轨道装置，即节省了空间，又减轻了重量。从整体上减轻了主轴的负荷。
[0016] 本发明提出了一种基于物体重心原理的采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样 点分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采样点较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本发 明装置通过数控技术在机提取薄壁曲面的采样点。然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样 点的重构，该曲面为多轴数控机床加工后的曲面。最后基于点到直线的最小距离方法计算 出机床加工后的实际曲面与原始设计的曲面的轮廓误差，获得薄壁曲面零件的精确的加工 误差。
[0017]【附图说明】： 附图1是本发明的结构示意图之一。
[0018] 附图2是本发明的结构示意图之二。
[0019] 附图3是附图1拆除套筒后内部结构及工作时的光路示意图。
[0020] 附图4是本发明的测量装置测量过程示意图。
[0021] 附图5是附图3中A的放大图。
[0022]附图6是附图1与附图2的分解图。
[0023]附图7是本发明的液晶光阀截面图。
[0024]附图8是本发明的液晶光阀工作图。
[0025]附图9是本发明的薄壁曲面自适应采样点分布图。
[0026]附图10是本发明的计算点到曲面间距离的流程图。
[0027]【具体实施方式】： 实施例1: 一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，其组成包括:一组测量装置14,所 述的测量装置包括套筒1，所述的套筒上部通过螺栓与支撑装置9连接，所述的支撑装置两 端通过连接轴分别与2个调制器卡夹紧装置2连接，所述的调制器卡夹紧装置内部分别安装 有左液晶空间光调制器3、右液晶空间光调制器8,所述的左液晶空间光调制器、所述的右液 晶空间光调制器内表面分别安装有偏振片7,所述的套筒上方通过方形凹槽安装有数字相 移干涉仪6。
[0028] 实施例2: 根据实施例1所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，所述的数字相移 干涉仪下方安装有镜片套筒装置4,所述的套筒内部下方安装有零位补偿透镜装置5,所述 的零位补偿透镜装置外侧具有两个凸出块，所述的凸出块安装在所述的套筒外侧的轨道槽 内，所述的轨道槽内安装有轨道装置11，所述的套筒外侧具有2个可视窗12 实施例3: 根据实施例1所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，所述的支撑装置 上方通过螺栓与刀柄10连接，所述的一组测量装置中间部位放置有待测薄壁工件13。
[0029] 实施例4: 一种利用实施例1-3所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置的测量方 法，本方法是： 首先是将测量装置通过刀柄放置到主轴上，因待测薄壁工件为叶轮叶片，因此将所述 的测量装置置于五轴机床加工系统中，机床控制装置的移动和转动，套筒内的数字相移干 涉仪产生的激光入射至镜片套筒装置内的标准平面参考镜，经标准平面参考镜分成一路反 射光和一路透射光，一路反射光经标准平面参考镜反射至数字相移干涉仪作为参考光，一 路透射光入射至光阑，经光阑入射至零位补偿透镜装置，通过调整零位补偿透镜两端凸出 块在轨道内的卡紧位置，进而改变零位补偿透镜装置角度，使入射光透过可视窗入射至偏 振片，偏振片入射至液晶空间光调制器，经液晶空间光调制器反射至待检测薄壁曲面叶轮 或叶片，经薄壁曲面叶轮或叶片反射，产生测试光，该测试光经液晶空间光调制器反射，经 偏振片，零位补偿透镜装置和光阑入射至标准平面参考镜，经标准平面参考镜入射至数字 相移干涉仪，数字相移干涉仪与计算机相连接，在计算机相应软件中获得薄壁曲面采样点 的坐标数据； 通过在机测量软件提取采样点，生成程序并输送到数控机床，驱动本测量装置进行在 机采样，由于本测量装置应用光学元件液晶空间光调制器，利用液晶空间光调制器进行光 束点采集，关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相位恢复问题，已知输入，输出平 面上光场的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分布，使入射光场经过调制后，在 空间中发生衍射，根据衍射距离的不同得到薄壁曲面的叶轮或者叶片上采样点的坐标数 据； 通过在机测量的方法获得薄壁曲面叶轮或者叶片的加工误差，提出了一种基于物体重 心原理的采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样点分布符合曲率特征，即在曲率大的地 方采样点较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本测量装置通过数控技术在机提取薄壁曲 面的采样点，然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样点的重构，该曲面为多轴数控机床加工 后的曲面，最后基于点到直线的最小距离方法计算出机床加工后的实际曲面与原始设计的 曲面的轮廓误差，获得薄壁曲面零件的加工误差。
[0030] 实施例5: 根据实施例1-4所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置及测量方法，所 述的基于空间光调制器薄壁零件加工误差在机测量装置包括： 所述的刀柄：用于将本产品放在主轴上； 所述的支撑装置:用于连接主体套筒与液晶空间光调制器装置； 所述的调制器卡紧装置:通过连接轴与支撑装置相连接，液晶空间光调制器装置具有 槽，槽内分别装有左空间光调制器，右空间光调制器； 所述的液晶空间光调制器:用于接收数字相移干涉仪发射的参考光，以及薄壁件表面 反射的测试光，左右两个空间光调制器射于一点，有利于提取点的准确度； 所述的偏振片：用于固定在液晶空间光调制器表面，接受套筒内零位补偿透镜的入射 光同时将此光反射至液晶空间光调制器； 所述的套筒:上部通过螺栓与支撑装置连接，套筒内部嵌入数字相移干涉仪，用于提供 光源，套筒中部开有视窗，将套筒内的光入射至套筒外的偏振片，套筒下部两侧设有凹槽， 通过调制器卡紧装置将零位补偿镜片装置按角度固定在套筒内，调制器卡紧装置位置微 调，可以对角度细微调整； 所述的数字相移干涉仪:提供光源，接收参考光，镜头下部设有螺纹便于与镜片套筒连 接； 所述的镜片套筒装置:通过内螺纹与数字相移干涉仪连接，套筒内包括一块标准平面 镜，一块光阑； 所述的零位补偿透镜装置:接收数字相移干涉仪入射的激光，同时将光入射至套筒装 置外的偏光镜，在零位补偿透镜外设有卡紧调节装置，将镜片固定在套筒内的同时能够调 整入射角度。
[0031] (1)测量装置的使用机理： 首先将测量装置通过刀柄放置到主轴上，因待测薄壁工件为叶轮叶片，因此将所述的 测量装置置于五轴机床加工系统中，机床控制装置的移动和转动，套筒内的数字相移干涉 仪产生的激光入射至镜片套筒装置内的标准平面参考镜，经标准平面参考镜分成一路反射 光和一路透射光，一路反射光经标准平面参考镜反射至数字相移干涉仪作为参考光，一路 透射光入射至光阑，经光阑入射至零位补偿透镜装置，通过调整零位补偿透镜两端凸出块 在轨道内的卡紧位置，进而改变零位补偿透镜装置角度，使入射光透过可视窗入射至偏振 片，偏振片入射至液晶空间光调制器，经液晶空间光调制器反射至待检测薄壁曲面(叶轮叶 片），经薄壁曲面(叶轮叶片)反射，产生测试光，该测试光经液晶空间光调制器反射，经偏振 片，零位补偿透镜装置和光阑入射至标准平面参考镜，经标准平面参考镜入射至数字相移 干涉仪，数字相移干涉仪与计算机相连接，在计算机相应软件中获得薄壁曲面采样点的坐 标数据。在计算机相应软件中布置采样点，通过在机测量软件提取采样点，生成程序并输送 到数控机床，驱动本发明装置进行在机采样，由于本发明应用光学元件液晶空间光调制器， 利用液晶空间光调制器进行光束点采集，关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相 位恢复问题。已知输入，输出平面上光场的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分 布，使入射光场经过调制后，在空间中发生衍射，根据衍射距离的不同得到薄壁曲面上采样 点的坐标数据。
[0032]为了通过在机测量的方法获得薄壁曲面的加工误差，提出了一种基于物体重心原 理的采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样点分布符合曲率特征，即在曲率大的地方采 样点较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本发明装置通过数控技术在机提取薄壁曲面的 采样点。然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样点的重构，该曲面为多轴数控机床加工后的 曲面。最后基于点到直线的最小距离方法计算出机床加工后的实际曲面与原始设计的曲面 的轮廓误差，获得薄壁曲面零件的加工误差。
[0033] (2)液晶空间光调制器 空间光调制器，是能够按照输入控制信号的要求对输入光场的振幅相位，偏振态等物 理量中的部分或全部实现空间调制的器件，一般来说，空间光调制器有许多独立单元组成， 它们在空间上排列成一维或二维阵列，每个单元都可以独立地接收光学信号或电学信号的 控制； 光学信息处理系统光波载荷的信息，这些信息用光波的某一参数的空间分布来表征， 例如强度，相位，偏振等，在信息处理中，信号源和信号处理系统往往是两个独立的系统，一 般来说，空间光调制器指的是这样的器件，在信号源的控制下，它能对光波的某个参量进行 调制。例如通过吸收调制振幅，通过折射率调制相位，通过折射率调制相位，通过偏振面的 旋转调制偏振态等。从而将信源信号所荷载的信息存进光波之中； 液晶空间光调制器的主要部件为液晶空间光阀。液晶光阀截面图如图所示利用液晶空 间光调制器进行光束点采集关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相位恢复问题： 已知输入，输出平面上光场的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分布，使入射光 场经过调制后，输出的振幅分布逼近理想的振幅分布； 入射光束经输入平面上的液晶空间光调制器调制后，在空间中发生衍射，根据衍射距 离不同分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。其中，菲涅耳衍射其表达式如下所示：
式中（）为入射光场，为出射光场，为衍射距离，为光波长，=2jt/采用顶部不均匀度，均方 根误差e和能量集中度来对输出光束的质量进行评价，它们的定义为：
式中为实际输出的光强分布，为理想的光强分布，W为输出平面上的平顶光束区域即 信号窗区域，n为W内的采样点数，顶部不均匀度反映了实际输出光束顶部越均匀，均方根误 差e表征了实际输出光束与理想输出光束的近似程度，能量集中度则反映了实际输出光束 能量在需要范围内的集中程度。
[0034] (3)自适应采样算法对数据点进行采集处理 液晶空间光调制器具有高衍射效率，高灵敏度和快捷的时间响应特性。采用液晶空间 光调制器对采样点进行提取，结合自适应采样算法，基于物体的重心原理对薄壁曲面进行 自适应采样，通过自适应采样算法，利用曲面的随机散点进行迭代计算，得到自适应网格， 网格间距还可以由形状参数控制，具体实施方法如下： 1、自适应采样： 设薄壁曲面的参数方程为： 式中：u，v为薄壁曲面的参数，若已知薄壁曲面参数方程为，在曲面上分布多个离散的 采样点，设总数为M个，那么所在薄壁曲面上的采样点集合为： 设自适应采样点集合为： 游錄乾萄： 在自适应采样集合的多个采样点当中，规定在其中第i个薄壁曲面采样点所在的邻域 采样集合为，所以在薄壁曲面上已知的所有邻域采样集和如下式： -v = D ： 由此得出自适应采样点可以通过以下迭代算法得出：
采样点等于它的领域值加权和，为充分反映迭代过程中网格的实时变化影响，在迭代 循环过程中要实时更新网点矢量，迭代求解过程中收敛原则为，式中是采样点迭代中给定 的精度。如薄壁叶片的角点固定不变，那么薄壁零件边界上的点只能沿着一个参数方向变 化，下式为反映曲面局部曲率的形状函数：
式中，q-薄壁自由曲面上薄壁自由的控制元素； k(u，v)--薄壁自由曲面的弯曲度； max k(u,v)--薄壁自由曲面弯曲度的最大值； min k(u,v)--薄壁自由曲面弯曲度的最小值； 采集的疏密程度依赖于薄壁自由曲面的曲率，薄壁自由曲面上网格间距由控制元素 q 来调整。即以薄壁自由曲面曲率的变化程度为采样准则，在薄壁自由曲面曲率较大的区域， 采样点较为密集;反之，在薄壁自由曲面变化较小的区域，采样点较为稀疏。本发明以高斯 曲率模型来反映薄壁自由曲面的曲率特征，其数学模型为：
kik2 薄壁自由曲面上米样点的尚斯曲率； E，F，G-一薄壁自由曲面的第一类基本量； L，M，N--薄壁自由曲面的第二类基本量； 2、基于NURBS曲面的采样点重构实际加工薄壁曲面： 当薄壁自由曲面上相应的采样点提取完成后，需要对加工后的薄壁自由曲面进行 NURBS曲面重构，本发明通过插入相应节点、设置加权因子、修改相应控制点的方法进行 NURBS曲面拟合，最终由德布尔-考克斯递推公式得到。
[0035] (3)加工误差及评定： 获取曲面的加工误差，需要将理论设计的薄壁自由曲面与拟合重构后薄壁自由曲面 (根据测试得到的采样点拟合出的曲面)进行对比分析，进而得出薄壁曲面的误差分布和加 工误差的大小。把曲面加工误差的检测可以转化为计算实际加工曲面到理论曲面模型的距 离，即先将实际加工曲面离散成多个关键点（采样点），然后用加工曲面上的采样点到理论 设计曲面的最小距离来表示薄壁曲面加工误差，薄壁自由曲面加工误差可以用曲面的面轮 廓度误差来评定。
[0036]假设在重构的NURBS曲面上的存在某一点，该曲面外存在一点 为采样点的為U坐标。该曲面外一点到重构的NURBS曲面上某一点的最小距离的平 方可以用如下式子来进行表示： 'Krd、\ s rise、广、O ;; r 〇 ? (V…V)! V) I 对于点到曲面的最小距离平方求解方法有很多，本发明采用遗传算法利用遗传算法来 进行迭代最优计算，此法计算精度高。最后用面轮廓度，作为薄壁曲面的曲面误差评定方 法。
【主权项】
1. 一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，其组成包括:一组测量装置，其 特征是:所述的测量装置包括套筒，所述的套筒上部通过螺栓与支撑装置连接，所述的支撑 装置两端通过连接轴分别与2个调制器卡夹紧装置连接，所述的调制器卡夹紧装置内部分 别安装有左液晶空间光调制器、右液晶空间光调制器，所述的左液晶空间光调制器、所述的 右液晶空间光调制器外表面分别安装有偏振片，所述的套筒上方通过方形凹槽安装有数字 相移干涉仪。2. 根据权利要求1所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，其特征是:所 述的数字相移干涉仪下方安装有镜片套筒装置，所述的套筒内部下方安装有零位补偿透镜 装置，所述的零位补偿透镜装置外侧具有两个凸出块，所述的凸出块安装在所述的套筒外 侧的轨道槽内，所述的轨道槽内安装有轨道装置，所述的套筒外侧具有2个可视窗。3. 根据权利要求2所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置，其特征是:所 述的支撑装置上方通过螺栓与刀柄连接，所述的一组测量装置中间部位放置有待测薄壁工 件。4. 一种利用权利要求1-3所述的基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置的测量 方法，其特征是:该方法包括如下步骤： 首先是将测量装置通过刀柄放置到主轴上，因待测薄壁工件为叶轮叶片，因此将所述 的测量装置置于五轴机床加工系统中，机床控制装置的移动和转动，套筒内的数字相移干 涉仪产生的激光入射至镜片套筒装置内的标准平面参考镜，经标准平面参考镜分成一路反 射光和一路透射光，一路反射光经标准平面参考镜反射至数字相移干涉仪作为参考光，一 路透射光入射至光阑，经光阑入射至零位补偿透镜装置，通过调整零位补偿透镜两端凸出 块在轨道内的卡紧位置，进而改变零位补偿透镜装置角度，使入射光透过可视窗入射至偏 振片，偏振片入射至液晶空间光调制器，经液晶空间光调制器反射至待检测薄壁曲面叶轮 或叶片，经薄壁曲面叶轮或叶片反射，产生测试光，该测试光经液晶空间光调制器反射，经 偏振片，零位补偿透镜装置和光阑入射至标准平面参考镜，经标准平面参考镜入射至数字 相移干涉仪，数字相移干涉仪与计算机相连接，在计算机相应软件中获得薄壁曲面采样点 的坐标数据； 通过在机测量软件提取采样点，生成程序并输送到数控机床，驱动本测量装置进行在 机采样，由于本测量装置应用光学元件液晶空间光调制器，利用液晶空间光调制器进行光 束点采集，关键在于其相位函数的设计，这实质上是一个相位恢复问题，已知输入，输出平 面上光场的振幅分布，求取液晶空间光调制器的最优相位分布，使入射光场经过调制后，在 空间中发生衍射，根据衍射距离的不同得到薄壁曲面的叶轮或者叶片上采样点的坐标数 据； 通过在机测量的方法获得薄壁曲面叶轮或者叶片的加工误差，提出了一种基于物体重 心原理的采样方法，该方法能够使薄壁件上的采样点分布符合曲率特征，即在曲率大的地 方采样点较密，曲率小的地方采样点较稀，这样本测量装置通过数控技术在机提取薄壁曲 面的采样点，然后基于NURBS曲面进行薄壁曲面采样点的重构，该曲面为多轴数控机床加工 后的曲面，最后基于点到直线的最小距离方法计算出机床加工后的实际曲面与原始设计的 曲面的轮廓误差，获得薄壁曲面零件的加工误差。
【文档编号】B23Q17/24GK106002491SQ201610351353
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】吴石, 王洋洋, 刘献礼, 王延福, 朱美文
【申请人】哈尔滨理工大学