[發明專利]一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統及方法

在審

• 申請號: 201710375587.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107121092A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 劉志剛;郝維娜;顧少偉;令鋒超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，其特征在于，包括穩頻激光器(1)、空間濾波器(2)、激光擴束器(3)、分光鏡(4)、參考平面反射鏡(5)、成像透鏡(9)、CCD相機(10)和移相裝置；

穩頻激光器(1)的出射光路上依次設置有空間濾波器(2)、激光擴束器(3)、分光鏡(4)、測球補償透鏡(7)和待測軸承滾珠(8)；

分光鏡(4)的旁側設置有參考平面反射鏡(5)，參考平面反射鏡(5)連接能夠驅動其移動的移相裝置；

參考平面反射鏡(5)、分光鏡(4)、成像透鏡(9)和CCD相機(10)位于同一光路上，成像透鏡(9)和參考平面反射鏡(5)設置于分光鏡(4)相對的兩側。

2.根據權利要求1所述的一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，其特征在于，參考平面反射鏡(5)、分光鏡(4)、成像透鏡(9)和CCD相機(10)所位于的同一光路與穩頻激光器(1)的出射光路垂直。

3.根據權利要求1所述的一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，其特征在于，移相裝置包括相互連接的壓電陶瓷晶體(6)和壓電陶瓷控制器(11)；參考平面反射鏡(5)連接壓電陶瓷晶體(6)。

4.根據權利要求1所述的一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，其特征在于，穩頻激光器(1)作為光源，輸出頻率穩定的光束；光束通過空間濾波器(2)后得到準直的平面光束，再由激光擴束器(3)將準直光束進行擴束，平面光束經過分光鏡(4)后被分成垂直的參考光與測量光兩路，其中一路參考平面光束入射到參考平面鏡(5)后原路返回，另一路測量平面光束入射到球面補償透鏡(7)后調整為球面波，經被測軸承滾珠(8)反射后再次經過球面補償透鏡(7)調整為平面光束，參考光束與測量光束經分光鏡(4)后匯合形成干涉現象，通過成像物鏡(9)與CCD相機(10)拍攝得到干涉圖像。

5.根據權利要求1所述的一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，其特征在于，CCD相機(10)和移相裝置均連接計算機(12)。

6.一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的方法，其特征在于，基于權利要求1至5中任一項所述的一種激光干涉檢測軸承滾珠面型誤差的系統，包括：采用穩頻激光器作為光源，輸出頻率穩定的光束；光束通過空間濾波器后得到準直的平面光束，再由激光擴束器將準直光束進行擴束，平面光束經過分光鏡后被分成垂直的參考光與測量光兩路，其中一路參考平面光束入射到參考平面鏡后原路返回，另一路測量平面光束入射到球面補償透鏡后調整為球面波，經被測軸承滾珠反射后再次經過球面補償透鏡調整為平面光束，參考光束與測量光束經分光鏡后匯合形成干涉現象，通過成像物鏡與CCD相機拍攝得到初始相位干涉圖像；

初始相位干涉圖像得到后，控制進行參考平面鏡π/2移相，CCD重復拍攝得到第二干涉圖像；朝同一方向重復進行π/2移相，CCD重復拍攝得到第三干涉圖像。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，通過移相干涉公式得到被測軸承滾珠上各點的相位信息：

φk(x,y)=arctanI1(x,y)-I3(x,y)2I2(x,y)-I1(x,y)-I3(x,y)]]>

I₁(x,y)、I₂(x,y)、I₃(x,y)分別對應三次移相時干涉圖像上任意一點(x,y)點的光強；

通過澤尼克多項式擬合，對得到的離散的面型相位信息進行處理，得到完整的相位信息：

φk=Σn=1NanZn]]>

其中，Z_n為澤尼克多項式，a_n為擬合得到的澤尼克系數，N為擬合采用的澤尼克多項式總項數；

對于待側面上每一點(x,y)，對澤尼克擬合結果的傾焦、離焦所造成的像差進行剔除，得到準確的軸承滾珠面型相位誤差信息：

φ(x,y)＝φ_k(x,y)-a₁Z₁-a₂Z₂-a₄Z₄

其中φ_k(x,y)為原始擬合結果，φ(x,y)為最終擬合結果，Z₁，Z₂，Z₄與a₁，a₂，a₄分別為澤尼克多項式第1，2，4項與相對應的擬合得到的澤尼克系數；

將每一點的相位信息轉化為面型信息：

h(x,y)=φ(x,y)2π×λ2=φ(x,y)4π·λ]]>

其中λ為穩頻激光器(1)出射波長；得到最終的測量結果。