用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于球面壳体测量技术领域，具体为一种用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置。本发明专利技术装置具体包括：激光发射器，针孔，三个透镜，分光棱镜，探测器，45

【技术实现步骤摘要】
用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置


[0001]本专利技术属于球面壳体测量
，具体涉及一种用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置。

技术介绍

[0002]不透明球面壳体广泛应用于航空航天、军事及通讯等领域，其壁厚的高精度测量与可靠表征是保障此类构件制造质量和性能可靠性的关键。由于无法直接对其壁厚进行微米级无损检测与评估，通常使用翻转法测量壳体内外轮廓值，然后通过模态分析求解厚度。其中，翻转前后的定中测量技术是厚度测量可靠表征的关键。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置，以解决不透明球面壳体厚度测量翻转前后中心难监测的问题，实现高精度定中测量。
[0004]本专利技术提出的用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置，具体包括：激光发射器1，针孔3，透镜2、4、6，分光棱镜5，探测器7，45
°
反射镜8，整形透镜组9，中空气浮转台10、调心调平装置11；其结构参见图1所示，其中：
[0005]所述激光发射器1，用于发射激光；
[0006]所述第一透镜2，其焦距为f
00
，用于会聚平行的激光至焦距处；
[0007]所述针孔3，放置在第一透镜2的焦距处，对会聚的激光进行滤波，除去杂光，均匀光强，会聚光通过针孔3后变为发散光；
[0008]所述第二透镜4，其焦距为f
01
，摆放在与针孔3相隔f
01
的位置，用于将发散光折射为平行光，与第一透镜2和针孔3一起构成开普勒望远系统，通过选择f
00
和f
01
的值，可以将光束扩为任意大小；
[0009]所述分光棱镜5，用于分离入射的激光分为两束，一束为垂直的光线，一束为水平的光线；
[0010]所述第三透镜6，其焦距为f1，用于将返回的参考光和测量光会聚于探测器7的感光元件上；
[0011]所述探测器7，用于记录参考光和测量光的干涉图；
[0012]所述45
°
反射镜8，用于改变光束方向至垂直于被测件；
[0013]所述整形透镜组9，其焦距为f2，设置于所述中空气浮转台10中间，两者固连；所述调心调平装置11位于中空气浮转台10上方；待测球面壳体12放置于调心调平装置11上方，两者固连，球面壳体12向下，对准整形透镜组9；整形透镜组9用于对光束整形，内置有参考球面镜，可将光路分成两束，其中，一束经过参考球面镜反射后，原路返回生成参考光，一束直接出射，汇聚于球面壳体12的球心，经球面壳体12反射后生成测量光；
[0014]所述中空气浮转台10与整形透镜组9固连，可带动整形透镜组9和球面壳体12一起旋转；
[0015]所述调心调平装置11与球面壳体12固连，用于调节球面壳体12的轴线位置。
[0016]本专利技术提供的用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置，其光路连接关系为：激光发射器1发射的激光，通过第一透镜2、针孔3、第二透镜4，进入分光棱镜5；分光棱镜5将入射光分两束，其中一束光以90度折射，经过第三透镜6后由探测器7接收；另一束光通过分光镜5至45
°
反射镜8反射，进入整形透镜组9，整形透镜组9中包含参考球面镜，参考球面镜反射一束光成为参考光，透射的光经球面壳体12反射成为测量光。
[0017]进一步地，所述激光干涉定中装置，其光轴与空气浮转台10的旋转轴重合，作为参考轴。通过调心调平装置11连接被测件和中空气浮转台10，当整形透镜组9的焦点位置与球面被测件最佳拟合球心存在一定的离焦时也可以在探测器采集到干涉图。
[0018]若被测件轮廓旋转轴与参考轴不重合，存在定中偏差，这种定中偏差的存在导致中空气浮转台10旋转的同时条纹整体会随之定点绕圈。为此，本专利技术设计一个特征提取算法模块，使用微处理器对探测器采集到的被测件不同运动姿态的干涉条纹进行实时处理；具体包括：
[0019]首先，对原始干涉图进行滤波，去除背景噪声，接着将图像二值化；
[0020]然后，使用腐蚀、闭运算、开运算、骨化等图像形态学操作锐化干涉条纹，并提取干涉图的质心(具体作法可参考文献：高铭锷，袁鹤，徐敏，等.激光干涉条纹特征提取及定中测量技术研究[J].光子学报，2022，51(2)：0212002)；
[0021]然后，使用最小二乘法对一组不同运动姿态的干涉图的质心数据进行圆拟合，得到最小绕圈半径R；
[0022]最后，确定定中偏差r：其中
[0023]被测件内、外轮廓旋转轴与转台旋转轴之间的定中偏差r：
[0024][0025]其中，R为干涉图最小绕圈半径，f1和f2分别为探测器7前第三透镜6和整形透镜组9的焦距，d为探测器7平面到探测器前第三透镜6焦点的距离；
[0026]考虑到高精度中空气浮转台引入的回转误差δ，式(1)修正为：
[0027][0028]本专利技术的积极效果在于：
[0029](1)避免了不透明球面壳体翻转前后因定中导致的复杂的光路设计，装配误差；
[0030](2)传统的准直定中方法需要进行严格的对焦才能得到定中信号；本方法不要求被测件球心与会聚焦点严格重合，不引入离焦误差的同时从原理上使定中信号变得容易发现，从而实现对干涉条纹进行实时分析，且可用于球面定中测量；
[0031](3)对不透明球面壳体进行了定中测量，得到翻转前后的定中偏差，为翻转前后被测件内外轮廓旋转轴相对于高精度中空气浮转台旋转轴的偏心提供了数据参考，可用于后续被测件厚度的计算，提高了不透明球面壳体翻转法测厚的准确性。
附图说明
[0032]图1为使用激光干涉仪对不透明球面壳体翻转过程进行定中测量时的光路示意图。
[0033]图2为不同运动姿态的实际干涉图及其图像处理结果。
[0034]图3是定中偏差测量光路示意图。
[0035]图中标号：1为激光发射器，2为针孔，3、4为透镜，5为分光棱镜，6为透镜，7为探测器，8为45
°
反射镜，9为整形透镜组，10为中空气浮转台，11为调心调平装置，12为球面壳体。
具体实施方式
[0036]下面将结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步描述。
[0037]图1是使用激光干涉仪对不透明球面壳体翻转过程进行定中测量时的光路示意图，包括激光发射器1，针孔3，透镜2、4和6，分光棱镜5，探测器7，45
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反射镜8，整形透镜组9，中空气浮转台10，调心调平装置11，球面壳体12。激光发射器1用于发射激光；针孔3对发射的激光进行滤波，均匀光强；透镜2、4和6，用于会聚或发散激光光束；分光棱镜5分离水平和垂直的光线；探测器7记录参考光和测量光的干涉图；45
°
反射镜8改变光束方向至垂直于被测件；整形透镜组9对光束整形，镜组包含参考球面镜，一部分光会聚于参考球面镜，原路返回生成参考光；中空气浮转台10带动整形透镜组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置，其特征在于，具体包括：激光发射器，针孔，三个透镜，分光棱镜，探测器，45
°
反射镜，整形透镜组，中空气浮转台、调心调平装置；其中：所述激光发射器，用于发射激光；所述第一透镜，其焦距为f
00
，用于会聚平行的激光至焦距处；所述针孔，放置在第一透镜的焦距处，对会聚的激光进行滤波，除去杂光，均匀光强，会聚光通过针孔后变为发散光；所述第二透镜，其焦距为f
01
，摆放在与针孔相隔f
01
的位置，用于将发散光折射为平行光，与第一透镜和针孔一起构成开普勒望远系统，通过选择f
00
和f
01
的值，将光束扩为任意大小；所述分光棱镜，用于分离入射的激光分为两束，一束为垂直的光线，一束为水平的光线；所述第三透镜，用于将返回的参考光和测量光会聚于探测器的感光元件上；所述探测器，用于记录参考光和测量光的干涉图；所述45
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反射镜，用于改变光束方向至垂直于被测件；所述整形透镜组，设置于所述中空气浮转台中间，两者固连；所述调心调平装置位于中空气浮转台上方；待测球面壳体放置于调心调平装置上方，两者固连，球面壳体向下，对准整形透镜组；整形透镜组用于对光束整形，内置有参考球面镜，将光路分成两束，其中，一束经过参考球面镜反射后，原路返回生成参考光，一束直接出射，汇聚于球面壳体的球心，经球面壳体反射后生成测量光；所述中空气浮转台与整形透镜组固连，带动整形透镜组和球面壳体一起旋转；所述调心调平装置与球面壳体固连，用于调节球面壳体的轴线位置。2. 根据权利要求1所述的用于球面壳体中心监测的激光干涉定中装置，其特征在于，光路连接关系为：激光发射器发射的激光，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军华，高铭锷，李一丹，王施相，徐敏，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：