[发明专利]基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法

说明书

本发明公开了一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，沿测量光路设置有前光楔、后光楔；沿扫描测量光路设置有结构光传感器，前光楔与后光楔之间放置被测物体。将结构光传感器引入干涉测量装置中，投射的结构光通过在测量过程中与被测物表面的相对运动，结合干涉测量数据，使得在对大螺旋角复杂螺旋曲面进行测量时可以保证全场测量。本发明的测量方法将空间相移技术引入到干涉测量装置中，通过单次测量拍摄能够得到多张移相干涉图，简化了操作流程步骤，提升了装置的抗干扰能力。

技术领域

本发明属于光学测量领域，涉及一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法。

背景技术

随着光电子技术的飞速发展以及生产生活中人们出于对测量精度、测量速度以及被测螺旋面无损伤的需求，利用激光干涉这种非接触的测量方法对复杂表面零件的表面形状误差进行测量已经成为重要的研究方向。该方法将被测量的物理信息以干涉条纹图像的相位信息进行体现，通过对干涉条纹图像进行处理来计算复杂螺旋曲面的表面形状误差。

经文献搜索发现，已有的精密螺旋曲面形状误差的测量方法分为两类，第一种是接触式测量方法，如三坐标测量机或齿轮测量中心。这类测量是基于测量触头通过在被侧面上扫点实现的，采用坐标测量法对被测物理信息进行反算。但是，这类方法测量效率低，会划伤被测螺旋面，并且会受到测头半径误差和采样误差等因素影响测量精度。第二类是基于激光干涉法实现的非接触测量方法，能实现高精度、高效率的测量。如王磊杰在《Optik》发表的论文“Design of laser interferometric system for measurement ofgear tooth flank”采用的激光移相干涉测量方法。这种方法利用PZT调整反射镜的相位，得到一系列移相后的被测螺旋面干涉条纹图像，经过相位提取和解包后能够计算出齿轮齿面的形状误差。这种方法虽然能够实现齿轮齿面形状误差的高精度测量，但是对于螺旋角大的斜齿轮或涡轮蜗杆等，测量光会被相邻面所遮挡导致测量信息不全，从而无法实现全场测量。此外，该方法是基于压电陶瓷进行分步移相的，极易受到外界环境的干扰导致精度的降低，这也限制了其实际应用效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，解决了现有技术中存在的精度低、无法实现全场测量问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤：

步骤1、将被测物体置于干涉测量光路中的前光楔与后光楔之间，并调整干涉测量光路，当干涉测量光路调整合适时，CCD相机拍摄得到被测螺旋面干涉条纹图像；

步骤2、根据步骤1得到的被测螺旋面干涉条纹图像提取被测螺旋面的包裹相位，并进行相位解包裹；

步骤3、根据光线追迹原理对被测物体的被测螺旋面干涉测量进行仿真，得到被测螺旋面的仿真干涉图，将实测的干涉测量数据与仿真干涉图进行配准计算各像素点对应的入射角度，并将被测螺旋面相位解包后的连续相位转换为被测螺旋面的高度信息，根据平行平板干涉模型，通过相位差Φ推导出高度差h；

步骤4、利用结构光传感器沿被测物体轴向方向扫描被测螺旋面，得到被测螺旋面的表面高度信息，依据表面高度信息构建被测螺旋面的三维点云数据，将三维点云数据和理想齿面比较，计算出被测螺旋面的形状误差；

步骤5、利用该特点选择合适的阈值对被测物体非干涉图像二值化确定干涉测量中的相位不可靠区域，非干涉图像中白色前景中的黑色像素点为相位不可靠区域，将干涉测量光路的测量结果中属于不可靠区域的结果进行剔除，替换为扫描测量光路的测量结果，实现双光路测量数据的融合；