[發明專利]一種半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性的在位測量方法

在審

• 申請號: 202211234711.6
• 申請日: 2022-10-10
• 公開（公告）號: CN115540735A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 關朝亮;王瑜;戴一帆;陳善勇;許漢威
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06;G01B7/312;G01B7/004;G01B7/28
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 劉暢舟

本發明公開了一種半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性的在位測量方法，在機床的B軸上設有電感杠桿測頭和砂輪，在機床的C軸上設有待測半球諧振子和/或標準球。方法包括：用第一和第二姿態的電感杠桿測頭分別測量標準球的球心坐標得到坐標差ΔC；待測半球諧振子加工完成后，用第一和第二姿態的電感杠桿測頭分別測量內外球面目標點坐標后根據坐標差ΔC轉換至第一姿態坐標系下，然后計算得到待測半球諧振子同心度；用第一姿態和第二姿態的電感杠桿測頭分別測量內外球面輪廓后根據坐標差ΔC轉換至第一姿態坐標系下，然后計算得到待測半球諧振子厚度分布。本發明適應半球諧振子內外球面特性，提高了球面測量精度，實現了非透明球殼的測量。

技術領域

本發明涉及精密和超精密加工技術領域，尤其涉及一種半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性的在位測量方法。

背景技術

半球諧振陀螺是目前世界上精度最高、穩定性和可靠性最高、壽命最長的慣性敏感器之一，在航天、航空、車輛、船舶等導航領域有著廣闊的應用前景。由中心桿錨定的半球諧振子(HRG)是半球諧振陀螺的核心零件，其結構如圖1所示，為帶有中心支撐桿的半球形薄壁殼體，直徑通常為15-40mm，壁厚1～2mm，圓角半徑1mm左右。

半球諧振子的關鍵部位是內外球面，球面度和同心度要控制精度高。超精密磨削可以提高成型精度，減少機器缺陷。因此，它可以節省后續拋光時間。當使用杯形砂輪生成球面磨削時，內球面和外球面分別需要兩個不同的杯形砂輪，這會導致對刀誤差。如果使用球頭砂輪，砂輪修整或更換也會導致對刀誤差。對刀誤差會導致內外球的同心度誤差。此外，無論采用何種磨削方法，砂輪的磨損都是隨著磨削過程而發展的。它將影響內外球體的輪廓和同心度。

為了表示和補償磨削的刀具設置和磨損誤差，必須在每個磨削循環后測試輪廓和同心度。如果選擇離機測量，則會引入二次夾緊誤差。在位測量，即加工完成之后不卸下工件而是在加工機床上進行測量，則避免了這個問題，并顯著提高了加工效率。

專利CN112344865A公開了一種半球諧振子壁厚及壁厚均勻性原位測量系統及方法，通過彩色共焦傳感器來測量半球諧振子壁厚，彩色共焦傳感器測頭的角度適應性不好，光軸只能與球面接近法向測量，導致測量范圍非常有限。

專利CN112729159A公開了一種半球諧振子的球面面形檢測方法，采用激光干涉儀和拋物面標準鏡來進行離線測量，而且搭建成本高，而且只有透明的諧振子才能同時測量內外球面，對表面質量要求高。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：實現各種表面質量的半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性在位測量，且提高測量精度。

針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性的在位測量方法，采用電感式測頭接觸測量內外球面，適應內球面的大曲率和深凹特性，球面測量精度為0.1μm級，且統一半球諧振子內外球面測量坐標系，以計算其同心度和厚度均勻性。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種半球諧振子內外球面同心度和厚度均勻性的在位測量方法，應用于在位測量系統，所述在位測量系統包括機床，所述機床的第一主軸沿機床坐標系的X軸直線運動，且沿機床坐標系的C軸轉動，所述機床的第二主軸沿機床坐標系的Z軸運動，且沿機床坐標系的B軸轉動，所述第一主軸的C軸上安裝有待測半球諧振子和/或標準球，所述第二主軸的B軸上安裝有電感杠桿測頭和砂輪，所述方法包括以下步驟：

S1)控制第二主軸將電感杠桿測頭分別調整至第一姿態和第二姿態，并用第一姿態和第二姿態的電感杠桿測頭分別測量標準球的球心坐標，根據測量結果計算第一姿態坐標系和第二姿態坐標系的坐標差ΔC；