[發明專利]一種基于干涉條紋測量主軸傾角誤差的方法

有效

• 申請號: 201710579665.6
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107421472B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 付鵬強;曹慶輝;王義文;賁飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于干涉條紋測量主軸傾角誤差新算法，測試件光學平晶通過專用裝夾裝置與超精密機床主軸一起回轉，固定在型材支架上的動態干涉儀采集待測主軸連續回轉時光學平晶表面的干涉條紋，當主軸發生偏擺時造成干涉系統中光程差變化導致干涉條紋間距、傾角、數量發生變化，通過追蹤干涉條紋的變化建立與主軸傾角擺動之間的理論關系。然后對干涉條紋進行灰度化、濾波、腐蝕膨脹、邊緣特征提取等圖像處理得到條紋的間距及方向數值，進而得出主軸傾角誤差。本發明能實現機床在加工狀態下實時采集干涉條紋并通過圖像處理計算出主軸傾角誤差。本算法簡單易行，克服了利用傳感器測量主軸傾角誤差時易受電磁干擾的影響，為主軸傾角誤差的動態測量提供了一種新思路。

技術領域

本發明涉及精密測量領域，具體是一種基于干涉條紋測量主軸傾角誤差的方法。

背景技術

主軸動態性能的重要影響因素是主軸回轉精度，主軸回轉誤差直接反應了超精密加工精度，并且機床的加工精度越高，機床的回轉精度所占比例越大。大口徑KDP晶體光學元件用于激光變頻、電光調制和光快速開關等高科技領域，是慣性約束激光可控核聚變裝置的關鍵元件。因此對加工精度要求非常高，如何更好的控制KDP晶體的表面質量是至關重要的，目前廣泛采用超精密飛切加工技術加工KDP晶體元件，主軸偏擺是影響加工表面質量的重要因素之一。

在光學干涉測量技術領域中，對干涉條紋圖像進行數值分析以獲取被測目標特性的數字圖像處理技術，已經被廣泛的應用于流場物理參數測定、超光滑表面測量、微位移的測量等技術領域。

發明內容

本發明的目的在于針對主軸偏擺是影響KDP晶體表面質量的重要因素，提出一種新的主軸傾角誤差算法以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于干涉條紋測量主軸傾角誤差的方法，該方法是基于搭建的主軸傾角誤差在線測量系統進行的，待測精密機床主軸的上端連接專用夾具，高精度光學平晶置于專用夾具內便于固定與調整，利用干涉儀測量并獲取主軸連續回轉時高精度光學平晶表面的干涉條紋，將干涉儀采集的干涉條紋送入計算機進行圖像分析與處理，計算出干涉條紋的間距及方向，通過計算公式獲得主軸傾角誤差，從而實現在線測量主軸回轉誤差；

所述方法具體步驟如下：

步驟1，采用中值濾波medfilt2函數抑制圖像中的噪聲；

步驟2，為提高提取干涉條紋邊緣的準確性，需對干涉條紋圖像進行膨脹、腐蝕處理,，采用膨脹三次腐蝕對干涉條紋圖像進行處理便于下一步的邊緣提取；

步驟3，完成對干涉條紋圖像膨脹腐蝕處理后，需要將干涉條紋與背景區域分割開來，采用OTSU閾值法自動選取閾值，通過以背景區域與目標區域間的方差為最大值的測量準則來進行設定的由公式可以得出：為使最大求解閾值T，當T為圖像閾值化的最佳分割值；

步驟4，干涉條紋邊緣是所要提取的目標和背景的分界線，采用Canny算子進行干涉條紋邊緣提取；

步驟5，在Canny算子進行邊緣提取后的圖像上建立坐標系，任意提取一對相鄰干涉條紋等灰度值的像素點坐標計算出該干涉條紋的間距e，然后對同條干涉條紋等灰度值的像素點坐標進行提取計算可得干涉條紋的方向θ，其中

步驟6，由已知干涉條紋的間距e和方向θ，根據計算公式代入可得主軸在該位置時繞X、Y軸的傾角α、β即為主軸在該位置時傾角誤差，其中

作為本發明進一步的方案：所述干涉儀為泰曼格林型動態干涉儀具有對振動不敏感，采用單CCD相移探測器適合振動環境下的高精度測試。