CN105737760A - 卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法，测量装置包括干涉仪、基座、支架、六自由度调整架、CGH、一维调整平台、被测件、自定心旋转台、转接板、夹具体、顶尖、一维移动导轨、二轴倾斜调整台和二维移动平台。测量方法是通过调整各个移动平台，实现被测件表面全部形貌信息的获取。本发明有效地解决了大尺寸轴类零件采用干涉拼接方法测量圆柱度误差检测中的装夹以及位姿调整等问题，可实现柱面零件表面全貌信息的获取，充分提高轴类零件圆柱度误差评定的采样密度，进而提高评定结果的准确性与可靠性。能够方便、快速、准确、有效地调整被测件的位姿以满足测量要求，实现其全口径检测。

Description

卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法

技术领域

本发明涉及一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法，属于轴类零件几何量测量领域。

背景技术

在现代化加工技术日新月异的时代背景下，精密测量技术日益蓬勃发展。精密轴类零件作为机器设备中的重要组成部分，其精度对零件本身乃至于整个机器设备的寿命都有着极为重要的影响。圆柱度误差是评价轴类零件质量的一项重要指标，精确测量和评定圆柱度误差不仅为轴类零件的验收提供依据，而且为提高轴类零件加工精度和装配精度提供可靠的保证。

许海峰等在专利“柱面干涉拼接测量装置及其调整方法（201411223665.10）”中提出了针对柱面零件干涉拼接测量中被测件的安装调整机构及其调整方法，该方法中的被测零件采用立式安装方式，适用于中小尺寸零件的装夹与调整，尽管该方法在很大程度上简化了测量的调整过程，但是对于大尺寸的工件来说，由于工件自重以及轴向尺寸较大，使用该装置则可能出现被测件沿轴线方向的移动难以调整以及测量系统竖直方向尺寸过于庞大等问题，因而在一定程度上限制了该装置的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和大尺寸轴类零件在圆柱度误差检测中存在的轴向调整、周向调整不方便以及装夹困难等问题，提供一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法。综合考虑了大尺寸轴类零件在圆柱度误差检测中的轴向调整、周向调整以及装夹等实际检测需求，不仅能够实现对被测件的快速、有效、精确调整，而且可以有效地获取被测件的表面全貌信息。

由于轴类零件自身结构以及计算全息片（Computergeneratedhologram,CGH）F/数的限制，为了获取被测件的全貌信息，在测量过程中不仅要求被测件可以绕着轴线旋转（周向调整），而且需要被测件沿轴线方向移动（轴向调整），最后通过子孔径拼接算法获得整个面形信息。同时，在测量中需要保证被测件的轴线、透过CGH出射的柱面波轴线以及被测件的旋转轴线三者重合。

为了达到上述目的，本发明的构思是：干涉仪立式放置，被测件采用卧式装夹方式，保证被测件的轴线和透过CGH出射的柱面波轴线重合通过调节CGH的位姿（自带六自由度调整架）、CGH的上下移动以及被测件在水平面内垂直于光轴方向的移动来实现；保证被测件的轴线和其旋转轴线的重合通过装夹夹具的定位夹紧装置来实现；被测件的周向调整通过在装夹夹具上设计的旋转台来实现；被测件的轴向调整通过安装在夹具底部的二维移动平台来实现。

根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置，包括干涉仪、基座、支架、六自由度调整架、CGH、一维调整平台、被测件、自定心旋转台、转接板、夹具体、顶尖、一维移动导轨、二轴倾斜调整台和二维移动平台；所述基座固定于支架上，基座上安装干涉仪和一维调整平台，一维调整平台上安装六自由度调整架，将CGH安装在六自由度调整架上，使干涉仪出射光轴能够通过CGH中心，并且通过调节六自由度调整架来调整CGH的位姿，调节一维调整平台来调整CGH与被测件之间的距离；由所述自定心旋转台、转接板、夹具体、顶尖、一维移动导轨、二轴倾斜调整台和二维移动平台组成被测件调节机构，被测件调节机构下端是二维移动平台，二维移动平台上面安装二轴倾斜调整台，夹具体安装在二轴倾斜调整台上，自定心旋转台固定在夹具体上，被测件通过转接板与自定心旋转台的固结，一维移动导轨安装在夹具体上，其导轨方向与自定心旋转台的轴线重合，顶尖安装于一维移动导轨上，沿导轨方向移动顶尖实现被测件的装夹与拆卸，通过自定心旋转台以及顶尖的定心作用保证被测件的轴线与其旋转轴线重合，通过调节自定心旋转台调整被测件的周向位置，通过调节二维移动平台调整被测件的轴向移动。

一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置的调整方法，用于对上述的卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置进行调整，操作步骤如下：

1）安装调整被测件：被测件完成装夹后调节自定心旋转台转动被测件，根据转动过程中的轴线跳动情况适当调整被测件的装夹位姿，直至被测件的轴线与自定心旋转台的旋转轴线重合；

2）安装调整CGH：在干涉仪的光斑模式下将CGH的+1级衍射光斑调整至监视器中的十字中心处，再将干涉仪切换至条纹模式下，观察CGH的对准环，调节六自由度调整架至对准环上的干涉条纹数在5条以内；

3）调节二轴倾斜调整台、二维移动平台和一维调整平台：首先将干涉仪切换至光斑模式，通过调节干涉仪的调节旋钮使自身光斑位于监视器中的十字中心；其次调节一维调整平台使得CGH与被测件之间的距离大致等于CGH的后焦距，在干涉仪的光斑模式下将被测件的反射光斑调整至十字中心；最后将干涉仪切换至条纹模式，调节二轴倾斜调整台和二维移动平台，并配合调节一维调整平台，使得被测区域条纹最少，2条以内，此时认为CGH的焦轴线与被测件的轴线重合；

4）调节自定心旋转台、二轴倾斜调整台和二维移动平台：首先将干涉仪切换至光斑模式，调节自定心旋转台，观察在被测件旋转过程中其反射光斑在十字中心的位姿变动情况，适时通过调节二轴倾斜调整台调整被测件的位姿使其在旋转过程中光斑始终位于十字中心；其次调整二维移动平台使被测件沿轴向运动，同样要求保持被测件在沿轴线运动过程中其反射光斑始终位于十字中心；最后将干涉仪切换至条纹模式，重复之前的调节方式，适时调节被测件的位姿，保证在检测区域内的干涉条纹数量控制在能够解析的范围内，实现被测件表面全部形貌信息的获取。

本发明一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置及其调整方法的有益效果是：

本发明有效地解决了大尺寸轴类零件采用干涉拼接方法测量圆柱度误差检测中的装夹以及位姿调整等问题，可实现柱面零件表面全貌信息的获取，充分提高轴类零件圆柱度误差评定的采样密度，进而提高评定结果的准确性与可靠性。能够方便、快速、准确、有效地调整被测件的位姿以满足测量要求，实现其全口径检测。

附图说明

图1是圆柱度误差干涉拼接测量装置的整体结构示意图。

图2是圆柱度误差干涉拼接测量装置中被测件调节机构的结构示意图。

图3是一维调整平台的结构示意图。

图4是六自由度调整架的结构示意图。

图5是二轴倾斜调整台的结构示意图。

图6是二维移动平台的结构示意图。

图7是测量装置调整方法的程序框图。

具体实施方式

本发明实施例结合附图说明如下：

实施例一：

如图1至图6所示，一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置，包括干涉仪1、基座2、支架3、六自由度调整架4、CGH5、一维调整平台6、被测件7、自定心旋转台8、转接板9、夹具体10、顶尖11、一维移动导轨12、二轴倾斜调整台13和二维移动平台14；所述基座2固定于支架3上，基座2上安装干涉仪1和一维调整平台6，一维调整平台6上安装六自由度调整架4，将CGH5安装在六自由度调整架4上，使干涉仪1出射光轴能够通过CGH5中心，并且通过调节六自由度调整架4来调整CGH5的位姿，调节一维调整平台6来调整CGH5与被测件7之间的距离；由所述自定心旋转台8、转接板9、夹具体10、顶尖11、一维移动导轨12、二轴倾斜调整台13和二维移动平台14组成被测件调节机构，被测件调节机构下端是二维移动平台14，二维移动平台14上面安装二轴倾斜调整台13，夹具体10安装在二轴倾斜调整台13上，自定心旋转台8固定在夹具体10上，被测件7通过转接板9与自定心旋转台8的固结，一维移动导轨12安装在夹具体10上，其导轨方向与自定心旋转台8的轴线重合，顶尖11安装于一维移动导轨12上，沿导轨方向移动顶尖11实现被测件7的装夹与拆卸，通过自定心旋转台8以及顶尖11的定心作用保证被测件7的轴线与其旋转轴线重合，通过调节自定心旋转台8调整被测件7的周向位置，通过调节二维移动平台14调整被测件7的轴向移动。

所述装置中干涉仪1是：Zygo公司型号为GPIXP/D的干涉仪，分辨率为640×480的CCD图像采集装置，采用激光三维相移干涉法，激光发生器为氦-氖激光波长632.8nm，其三平板绝对测量重复性优于λ/300，均方根(Rootsquaremean,RMS)重复性优于λ/11000。

所述支架3是：干涉仪1固定于基座2上，基座2固定于支架3上，实现干涉仪1的立式安放。

所述CGH5及其配套的六自由度调整架4是：干涉仪1产生的平面波经过一个半透半反的光学元件，反射回去的平面波作为参考波面，透射出来的平面波经过CGH5转换为标准柱面波入射到被测件7的表面，携带着被测件7表面面形信息的反射波第二次反向通过CGH5，再次转换成近似的平面波，进入干涉仪1中与参考平面波发生干涉，此时CCD将记录下产生的干涉条纹图，通过解析干涉图即可获得被测件7的面形信息。所述六自由度调整架4用来控制CGH5六个自由度的姿态。

所述一维调整平台6是：一维调整平台6固定于基座2上，六自由度调整架4固定于一维调整平台6上，通过调节一维调整平台6可实现六自由度调整架4的一维移动沿光轴方向。

所述自定心旋转台8是：自定心旋转台8安装于夹具体10中，被测件7通过转接板9固定在自定心旋转台8上，通过调节旋转台旋钮14可满足被测件7绕着旋转轴自转自由度的调节。

所述转接板9是：被测件7一端与转接板9通过螺纹连接，转接板9与自定心旋转台8通过螺纹连接，实现被测件7与自定心旋转台8的固定。

所述二轴倾斜调整台13是：二轴倾斜调整台13采用三点支撑原理，其中对角两点上下位置通过螺纹结构调整，另外一点固定，其固定于二维移动平台14上，通过调节二轴倾斜调整台13可实现被测件7旋转轴线的位姿调整。

所述二维移动平台14是：二维移动平台14固定于气浮平台上，通过调节二维移动平台14可实现被测件7在水平面的位置调整。

实施例二：

一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置的调整方法，用于上述的卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置进行调整，操作步骤如下：

1）安装调整被测件7：被测件7完成装夹后调节自定心旋转台8转动被测件7，根据转动过程中的轴线跳动情况适当调整被测件7的装夹位姿，直至被测件7的轴线与自定心旋转台8的旋转轴线重合；

2）安装调整CGH5：在干涉仪1的光斑模式下将CGH5的+1级衍射光斑调整至监视器中的十字中心处，再将干涉仪1切换至条纹模式下，观察CGH5的对准环，调节六自由度调整架4至对准环上的干涉条纹数在5条以内；

3）调节二轴倾斜调整台13、二维移动平台14和一维调整平台6：首先将干涉仪1切换至光斑模式，通过调节干涉仪1的调节旋钮使自身光斑位于监视器中的十字中心；其次调节一维调整平台6使得CGH5与被测件7之间的距离大致等于CGH5的后焦距，在干涉仪1的光斑模式下将被测件7的反射光斑调整至十字中心；最后将干涉仪1切换至条纹模式，调节二轴倾斜调整台13和二维移动平台14，并配合调节一维调整平台6，使得被测区域条纹最少，2条以内，此时认为CGH5的焦轴线与被测件的轴线重合；

4）调节自定心旋转台8、二轴倾斜调整台13和二维移动平台14：首先将干涉仪1切换至光斑模式，调节自定心旋转台8，观察在被测件7旋转过程中其反射光斑在十字中心的位姿变动情况，适时通过调节二轴倾斜调整台13调整被测件7的位姿使其在旋转过程中光斑始终位于十字中心；其次调整二维移动平台13使被测件7沿轴向运动，同样要求保持被测件7在沿轴线运动过程中其反射光斑始终位于十字中心；最后将干涉仪1切换至条纹模式，重复之前的调节方式，适时调节被测件7的位姿，保证在检测区域内的干涉条纹数量控制在能够解析的范围内，实现被测件7表面全部形貌信息的获取。

Claims (2)

1.一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置，其特征在于：包括干涉仪（1）、基座（2）、支架（3）、六自由度调整架（4）、CGH（5）、一维调整平台（6）、被测件（7）、自定心旋转台（8）、转接板（9）、夹具体（10）、顶尖（11）、一维移动导轨（12）、二轴倾斜调整台（13）和二维移动平台（14）；所述基座（2）固定于支架（3）上，基座（2）上安装干涉仪（1）和一维调整平台（6），一维调整平台（6）上安装六自由度调整架（4），将CGH（5）安装在六自由度调整架（4）上，使干涉仪（1）出射光轴能够通过CGH（5）中心，并且通过调节六自由度调整架（4）来调整CGH（5）的位姿，调节一维调整平台（6）来调整CGH（5）与被测件（7）之间的距离；由所述自定心旋转台（8）、转接板（9）、夹具体（10）、顶尖（11）、一维移动导轨（12）、二轴倾斜调整台（13）和二维移动平台（14）组成被测件调节机构，被测件调节机构下端是二维移动平台（14），二维移动平台（14）上面安装二轴倾斜调整台（13），夹具体（10）安装在二轴倾斜调整台（13）上，自定心旋转台（8）固定在夹具体（10）上，被测件（7）通过转接板（9）与自定心旋转台（8）的固结，一维移动导轨（12）安装在夹具体（10）上，其导轨方向与自定心旋转台（8）的轴线重合，顶尖（11）安装于一维移动导轨（12）上，沿导轨方向移动顶尖（11）实现被测件（7）的装夹与拆卸，通过自定心旋转台（8）以及顶尖（11）的定心作用保证被测件（7）的轴线与其旋转轴线重合，通过调节自定心旋转台（8）调整被测件（7）的周向位置，通过调节二维移动平台（14）调整被测件（7）的轴向移动。

2.一种卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置的调整方法，用于对权利要求1所述的卧式圆柱度误差干涉拼接测量装置进行调整，其特征在于，操作步骤如下：

1）安装调整被测件（7）：被测件（7）完成装夹后调节自定心旋转台（8）转动被测件（7），根据转动过程中的轴线跳动情况适当调整被测件（7）的装夹位姿，直至被测件（7）的轴线与自定心旋转台（8）的旋转轴线重合；

2）安装调整CGH（5）：在干涉仪（1）的光斑模式下将CGH（5）的+1级衍射光斑调整至监视器中的十字中心处，再将干涉仪（1）切换至条纹模式下，观察CGH（5）的对准环，调节六自由度调整架（4）至对准环上的干涉条纹数在5条以内；

3）调节二轴倾斜调整台（13）、二维移动平台（14）和一维调整平台（6）：首先将干涉仪（1）切换至光斑模式，通过调节干涉仪（1）的调节旋钮使自身光斑位于监视器中的十字中心；其次调节一维调整平台（6）使得CGH（5）与被测件（7）之间的距离大致等于CGH（5）的后焦距，在干涉仪（1）的光斑模式下将被测件（7）的反射光斑调整至十字中心；最后将干涉仪（1）切换至条纹模式，调节二轴倾斜调整台（13）和二维移动平台（14），并配合调节一维调整平台（6），使得被测区域条纹最少，2条以内，此时认为CGH（5）的焦轴线与被测件的轴线重合；

4）调节自定心旋转台（8）、二轴倾斜调整台（13）和二维移动平台（14）：首先将干涉仪（1）切换至光斑模式，调节自定心旋转台（8），观察在被测件（7）旋转过程中其反射光斑在十字中心的位姿变动情况，适时通过调节二轴倾斜调整台（13）调整被测件（7）的位姿使其在旋转过程中光斑始终位于十字中心；其次调整二维移动平台（13）使被测件（7）沿轴向运动，同样要求保持被测件（7）在沿轴线运动过程中其反射光斑始终位于十字中心；最后将干涉仪（1）切换至条纹模式，重复之前的调节方式，适时调节被测件（7）的位姿，保证在检测区域内的干涉条纹数量控制在能够解析的范围内，实现被测件（7）表面全部形貌信息的获取。