[发明专利]基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法

权利要求书

1.一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤:

步骤1、将被测物体置于干涉测量光路中的前光楔(8)与后光楔(9)之间，并调整干涉测量光路，当干涉测量光路调整合适时，CCD相机(18)拍摄得到被测螺旋面干涉条纹图像；

步骤2、根据步骤1得到的被测螺旋面干涉条纹图像提取被测螺旋面的包裹相位，并进行相位解包裹；

步骤3、根据光线追迹原理对被测物体的被测螺旋面干涉测量进行仿真，得到被测螺旋面的仿真干涉图，将实测的干涉测量数据与仿真干涉图进行配准计算各像素点对应的入射角度，并将被测螺旋面相位解包后的连续相位转换为被测螺旋面的高度信息，根据平行平板干涉模型，通过相位差Φ推导出高度差h；

步骤4、利用结构光传感器20沿被测物体轴向方向扫描被测螺旋面，得到被测螺旋面的表面高度信息，依据表面高度信息构建被测螺旋面的三维点云数据，将三维点云数据和理想齿面比较，计算出被测螺旋面的形状误差；

步骤5、由于加工使用原因导致微观形貌不平坦，使得灰度呈现跳跃分布的情况，利用该特点选择合适的阈值对被测物体非干涉图像二值化确定干涉测量中的相位不可靠区域，所述非干涉图像中白色前景中的黑色像素点为相位不可靠区域，将干涉测量光路的测量结果中属于不可靠区域的结果进行剔除，替换为扫描测量光路的测量结果，实现双光路测量数据的融合；

所述一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法使用的测量装置，包括有激光器(1)，所述激光器(1)发射出干涉测量光路，沿所述干涉测量光路设置有偏振分光棱镜(2)，所述偏振分光棱镜(2)将干涉测量光路分为互相垂直的测量光路与参考光路，沿所述测量光路设置有光强调节器a(5)、扩束镜a(7)、前光楔(8)、后光楔(9)，所述前光楔(8)与后光楔(9)之间放置被测物体，沿所述参考光路设置有反射镜a(3)、光强调节器b(4)、扩束镜b(6)、反射镜b(10)、半反半透镜(11)，干涉测量光路与参考光路汇聚至半反半透镜(11)成成像共光路，沿所述成像共光路的光路依次设置有二维光栅(12)、透镜a(13)、光阑(14)、透镜b(15)、相位延迟阵列(16)、偏振片(17)、CCD相机(18)，所述CCD相机(18)电性连接有计算机(19)，所述计算机(19)电性连接有结构光传感器(20)，结构光传感器(20)发射出线结构光照射到被测螺旋面上后反射回结构光传感器(20)，所述结构光的光路为扫描测量光路，结构光传感器设置有运动控制机构(21)。

2.根据权利要求1所述的一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，所述步骤1的被测螺旋面干涉条纹图像分别对应相移的角度0，π/2，π和3π/2。

3.根据权利要求1所述的一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，所述步骤2的被测螺旋面的干涉条纹上目标像素点(x,y)处的包裹相位按下式计算：

式中：

N为移相的总步数，步骤3采用了空间四步相移，N＝4；

i为第i次移相；

I_i(x,y)为第i次移相时(x,y)处的光强；

δ_i为第i次移相时的相位调制量；

被测螺旋面的干涉条纹图像的二维相位解包裹数学模型表示为：

式中：为解包后的连续相位值；k为包裹数。

4.根据权利要求1所述的一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，所述步骤3的高度差h的公式为：

式中：λ为测量用的激光波长；α为被测对象上的光线入射角。

5.根据权利要求1所述的一种基于双光路同步相移干涉的螺旋曲面形状误差的测量方法，其特征在于，所述步骤4的表面高度信息y的计算采用的是三角法，计算方程如下：

式中：

y为激光照射点相对于参考平面的高度；

x为照射点和参考点在结构光传感器(20)成像面上像点之间的位移；

a为参考点的成像物距；

b为照射点的成像像距；

α为激光照射的入射角；

β为反射光线与结构光传感器(20)成像面的夹角。