基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于空间光调制器的薄壁件加工误差测量装置。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。本实用新型组成包括：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）。本实用新型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
[0001 ] 技术领域:
[0002]本实用新型涉及光学领域，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。
[0003]【背景技术】:
[0004]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；
[0005]本发明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；
[0006]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；
[0007]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。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；
[0008]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。
[0009]【实用新型内容】:
[0010]本实用新型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[0011 ]上述的目的通过以下的技术方案实现:
[0012]—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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]有益效果:
[0016]1.本实用新型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。
[0017]本实用新型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，经物体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。
[0018]本实用新型采用左、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。
[0019]本实用新型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。
[0020]本实用新型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。
[0021]本实用新型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。
[0022]本实用新型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。
[0023]本实用新型具有重量轻，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。
[0024]本实用新型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。
[0025]【附图说明】:
[0026]附图1是本实用新型的结构示意图之一。
[0027]附图2是本实用新型的结构示意图之二。
[0028]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。
[0029]附图4是本实用新型的测量装置测量过程示意图。
[0030]附图5是附图3中A的放大图。
[0031]附图6是附图1与附图2的分解图。
[0032]【具体实施方式】:
[0033]实施例1:
[0034]—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I，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。
[0035]实施例2:
[0036]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
[0037]实施例3:
[0038]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。
[0039]实施例4:
[0040]—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:
[0041 ]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。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]实施例5:
[0045]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的测量方法，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:
[0046]所述的刀柄:用于将本产品放在主轴上；
[0047]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；
[0048]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；
[0049]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；
[0050]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；
[0051 ]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，用于提供光源以及处理全息图像，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；
[0052]所述的数字相移干涉仪:提供光源，接收参考光，最终参与干涉成像，镜头下部设有螺纹便于与镜片套筒连接；
[0053]所述的镜片套筒装置:通过内螺纹与数字相移干涉仪连接，镜片套筒装置内包括一块标准平面镜，一块光阑；
[0054]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振镜，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。
【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。
【文档编号】B23Q17/24GK205630148SQ201620482920
【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, 刘海瑞
【申请人】哈尔滨理工大学