[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于光譜共焦的半球諧振子內(nèi)外表面形貌測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211312224.7
• 申請(qǐng)日: 2022-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115682983A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱吳樂(lè);吳佳君;孫安玉;居冰峰;蔣效雄;姜麗麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué);中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇七研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/24
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 杭州君度專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明涉及一種基于光譜共焦的半球諧振子內(nèi)外表面形貌測(cè)量方法。本發(fā)明包括：調(diào)節(jié)位移運(yùn)動(dòng)臺(tái)和姿態(tài)調(diào)整臺(tái)使光譜共焦測(cè)頭光軸與半球諧振子轉(zhuǎn)軸相交；劃分掃描測(cè)量間隔并對(duì)測(cè)量點(diǎn)處進(jìn)行曲面平行平板近似，記錄平板與光譜共焦測(cè)頭垂面間的理論夾角；光譜共焦測(cè)頭和半球諧振子分別進(jìn)行直線掃描運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采集半球諧振子表面各測(cè)量點(diǎn)處的光譜譜峰位置數(shù)據(jù)；建立傾斜平板補(bǔ)償模型計(jì)算各測(cè)量點(diǎn)處半球諧振子內(nèi)外表面的距離位置信息，將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云后生成內(nèi)外表面形貌。本發(fā)明所提方法可有效減小彎曲表面所引入的測(cè)量誤差，且經(jīng)一次掃描運(yùn)動(dòng)就可獲得半球諧振子內(nèi)外表面全貌，簡(jiǎn)單調(diào)試后即可集成在加工設(shè)備上實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光譜共焦的半球諧振子內(nèi)外表面形貌測(cè)量方法。

背景技術(shù)

半球諧振子作為慣性導(dǎo)航器件半球諧振陀螺的重要組成部分，外形為透明半球殼狀，輕薄，厚度通常小于1mm，其幾何形貌精度在很大程度上決定了產(chǎn)品最終的工作性能。然而由于加工誤差的存在，所生產(chǎn)制造出來(lái)的半球諧振子表面形貌與理論設(shè)計(jì)值之間往往具有不可預(yù)測(cè)的差異，這極大制約了我國(guó)半球諧振陀螺在軍用和民用慣導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)展。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN112344865A公開(kāi)了一種半球諧振子壁厚及壁厚均勻性原位測(cè)量系統(tǒng)及方法，通過(guò)將半球諧振子夾持在機(jī)床主軸C軸上，再采用設(shè)置于機(jī)床B軸上的彩色共聚焦傳感器可以測(cè)得半球諧振子的壁厚及其周向壁厚不均勻性，但其在測(cè)量過(guò)程中嚴(yán)格要求彩色共聚焦傳感器的出射光線垂直于半球諧振子的軸線并通過(guò)球心，由于在實(shí)際操作過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)，往往會(huì)引入數(shù)十微米的測(cè)量誤差；此外，彩色共聚焦傳感器在大角度傾斜測(cè)量條件下的反射光強(qiáng)較弱，這會(huì)使得所提方法無(wú)法對(duì)遠(yuǎn)離半球諧振子唇沿部分的表面進(jìn)行壁厚，將導(dǎo)致獲得測(cè)量數(shù)據(jù)不完整。還有學(xué)者提出采用斐索干涉儀來(lái)多次測(cè)量半球諧振子的部分表面，并通過(guò)表面拼接的方法來(lái)獲得其整個(gè)表面形貌及壁厚信息，但由于斐索干涉儀的操作過(guò)程異常復(fù)雜，需經(jīng)過(guò)極為繁瑣的調(diào)試過(guò)程才能進(jìn)行測(cè)量，十分難以將其集成應(yīng)用到半球諧振子加工設(shè)備上實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。因此亟需提出一種能夠應(yīng)用于半球諧振子加工過(guò)程中的在線形貌測(cè)量技術(shù)來(lái)指導(dǎo)其加工以保障半球諧振子的生產(chǎn)成品率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于光譜共焦的半球諧振子內(nèi)外表面形貌測(cè)量方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

步驟1、調(diào)節(jié)光譜共焦測(cè)頭與半球諧振子間的位置及姿態(tài)，使光譜共焦測(cè)頭的光軸與半球諧振子轉(zhuǎn)軸相交并形成一定的夾角完成系統(tǒng)初始校準(zhǔn)；

步驟2、根據(jù)半球諧振子內(nèi)外半球表面半徑的理論設(shè)計(jì)值，以光譜共焦測(cè)頭橫向分辨率的一半為掃描測(cè)量間隔，對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)處進(jìn)行曲面平行平板近似，并記錄該平板與光譜共焦測(cè)頭的垂面間的理論夾角數(shù)值，即測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的等效傾角；

步驟3、使光譜共焦測(cè)頭沿直線進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，半球諧振子繞自身軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采集并提取半球諧振子表面各測(cè)量點(diǎn)處的光譜譜峰位置數(shù)據(jù)；

步驟4、建立傾斜平板補(bǔ)償模型計(jì)算各測(cè)量點(diǎn)處半球諧振子外表面距離D和內(nèi)外表面的間距ΔD，最后將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云后生成半球諧振子內(nèi)外表面形貌。

進(jìn)一步的，步驟2中的曲面平行平板近似的具體方法為：

以半球諧振子表面任一測(cè)量點(diǎn)為切點(diǎn)做該點(diǎn)處內(nèi)外表面的平行切面，取兩切面所夾有限大平面得到的該測(cè)量點(diǎn)處的曲面近似平行平板。

進(jìn)一步的，步驟4中傾斜平板補(bǔ)償模型的具體內(nèi)容包括：

4-1.綜合各測(cè)量點(diǎn)的近似平行平板傾角數(shù)值和光譜譜峰位置數(shù)據(jù)，采取光線追跡的方法補(bǔ)償傾斜平板對(duì)光譜共焦測(cè)頭所采集的光譜譜峰位置偏移的影響，獲得測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的半球諧振子內(nèi)外表面的間距ΔD(亦即測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的半球諧振子內(nèi)外表面的間距)為：