[发明专利]同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法与装置

权利要求书

1.同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法，其特征在于，利用同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的装置，装置包括基座(1)、主轴底座(2)、工件主轴(3)、工件夹具(4)、薄壁壳类回转体(5)、薄壁壳类回转体内壁(6)、薄壁壳类回转体外壁(7)、测量光束(8)、主测头支架(9)、光谱共焦测头(10)、主测头转台(11)、补偿测头支架(12)、补偿光束(13)、标准平面镜(14)、补偿测头(15)、直线运动轴动子(16)、直线运动轴定子(17)、底部转台(18)；

所述的基座(1)左侧安装有主轴底座(2)，工件主轴(3)安装于主轴底座(2)上方右侧，工件主轴(3)的右侧安装有工件夹具(4)，工件夹具(4)的右侧安装有薄壁壳类回转体(5)；通过工件夹具(4)能够带动右侧安装的薄壁壳类回转体(5)进行旋转运动；

底部转台(18)安装在基座(1)上且设置在主轴底座(2)的右侧；底部转台(18)上表面沿径向安装有直线运动轴定子(17)，直线运动轴定子(17)上表面依次堆叠安装直线运动轴动子(16)、主测头转台(11)、主测头支架(9)；光谱共焦测头(10)安装在主测头支架(9)上；有补偿测头支架(12)安装在直线运动轴动子(16)上表面，且位于主测头转台(11)的右侧；有补偿测头支架(12)上固定的补偿测头(15)，补偿测头(15)发射补偿光束(13)照射到标准平面镜(14)进行位置补偿；标准平面镜(14)安装在直线运动轴定子(17)上表面且位于直线运动轴动子(16)的右边；

同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法，包括如下步骤：

步骤1、将待测的薄壁壳类回转体(5)安装于工件夹具(4)上；

步骤2、根据薄壁壳类回转体(5)的轮廓方程生成运动轨迹序列(α,β,s)，其中(α_i,β_i,s_i)表示运动轨迹序列中第i个点的位置；其中，α为底部转台转角，β为主测头转台转角，s为直线运动轴动子位移，α_i为第i个点的底部转台转角，β_i为第i个点的主测头转台转角，s_i为第i个点的直线运动轴动子位移；

步骤3、启动工件主轴(3)旋转，带动薄壁壳类回转体(5)进行旋转运动；

步骤4、启动光谱共焦测头(10)的扫描运动，控制底部转台(18)、直线运动轴动子(16)与主测头转台(11)带动光谱共焦测头(10)沿着步骤2生成的运动轨迹序列(α,β,s)进行扫描运动，扫描过程中光谱共焦测头(10)的轴线始终沿薄壁壳类回转体(5)的轮廓法线进行运动，并且保证薄壁壳类回转体内壁(6)与薄壁壳类回转体外壁(7)均始终位于光谱共焦测头(10)的量程范围内；

步骤5、在扫描过程中，实时记录第i个点运动轴的位置(α_i,β_i,s_i)、薄壁壳类回转体内壁(6)的位置d_{inner_i}、薄壁壳类回转体外壁(7)的位置d_{outer_i}、厚度数据d_{thickness_i}以及补偿测头(15)测量得到的运动误差数据ds_i；

步骤6、扫描完成后，存储扫描过程中记录的所有测量数据，并根据待测的薄壁壳类回转体(5)的折射率对测量得到的厚度数据进行修正；

步骤7、根据运动轴的位置数据、光谱共焦测头(10)的测量数据以及补偿测头(15)的测量数据，重建薄壁壳类回转体内外壁三维面形点云以及三维厚度分布点云数据，完成薄壁壳类回转体(5)的内外壁面形测量及厚度分布测量。

2.根据权利要求1所述的同时检测薄壁回转体内外壁面形与厚度分布的方法，其特征在于对薄壁壳类回转体(5)进行测量，当光谱共焦测头(10)发射测量光束(8)照射到薄壁壳类回转体(5)表面时，薄壁壳类回转体内壁(6)与薄壁壳类回转体外壁(7)均会产生一个反射峰值，解析两个反射峰值的信息分别提取出薄壁壳类回转体内壁(6)与薄壁壳类回转体外壁(7)的位置d_inner与d_outer。