[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

说明书

本发明公开了一种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。本发明通过底部转台、主测头转台与直线运动轴动子带动光谱共焦测头沿着薄壁壳类回转体的表面进行仿形扫描，可一次性实现薄壁壳类回转体内外壁面形与厚度分布的检测，不仅可避免在薄壁壳类回转体内部布置测头所造成的机械干涉，而且可保证内外壁面形测量数据以及厚度分布数据在三维空间内的坐标一致性，从而保障了整体测量精度，同时可适应如共形整流罩、半球陀螺谐振子等不同类型的薄壁壳类回转体的检测，为这类高端器件的制造过程提供一种兼具通用性、高效率与高精度的检测手段。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

薄壁壳类回转体是指厚度明显小于其特征尺寸的壳状回转对称元件，如应用于如导弹等飞行器上的共形整流罩、球形整流罩以及应用于航海装备惯性导航中的半球陀螺谐振子等。这类器件因具备优异的空气动力学性能与功能精度等而成为新一代空天装备及惯性导航领域中的核心光学器件，其内外壁面形质量与厚度分布均匀性直接决定其使役性能。然而由于其高长径比、高深宽比、大陡度等复杂特征，现有光学检测手段如激光干涉仪等难以采集回光，而三坐标测量机、轮廓仪等因机械结构干涉也难以实现这类器件的内外壁面形与厚度分布有效检测，其中内壁面形与厚度分布的检测难题更加凸出。当前检测手段的匮乏直接制约了这类先进器件的制造水平，亟需开发具有高效率、高精度的薄壁壳类回转体元件内外壁面形及厚度分布检测方法。

目前，部分专利提出了针对薄壁壳类回转体的检测方法，如中国专利CN110455246A公开了一种针对共形光学元件外壁面形的扫描测量方法，但未解决内壁面形与厚度的检测问题。

综合而言，当前公开的技术手段主要针对特定类型的薄壁壳类回转体的检测，如何实现具有高通用性、高效率与高精度的薄壁壳类回转体检测，仍是当前必须突破的技术瓶颈。

发明内容

本发明针对如共形整流罩、半球陀螺谐振子等薄壁壳类回转体制造过程中的内外壁面形及厚度测量需求，提供一种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。本发明通过两个转台与一个直线运动轴的联动带动光谱共焦测头对薄壁壳类回转体进行仿形扫描，可克服薄壁壳类回转体的高长径比、高深宽比以及大陡度等复杂特征的检测难题，结合光谱共焦测头的多表面测量能力可通过单次、单侧扫描实现薄壁壳类回转体内外壁面形与厚度分布的一次性扫描检测，兼具高通用性、高测量效率与高测量精度。

为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

本发明装置包括：基座、主轴底座、工件主轴、工件夹具、薄壁壳类回转体、薄壁壳类回转体内壁、薄壁壳类回转体外壁、测量光束、主测头支架、光谱共焦测头、主测头转台、补偿测头支架、补偿光束、标准平面镜、补偿测头、直线运动轴动子、直线运动轴定子、底部转台。

所述的基座左侧安装有主轴底座，工件主轴安装于主轴底座上方右侧，工件主轴的右侧安装有工件夹具，工件夹具的右侧安装有薄壁壳类回转体。通过工件夹具能够带动右侧安装的薄壁壳类回转体进行旋转运动。

底部转台安装在基座上且设置在主轴底座的右侧。底部转台上表面沿径向安装有直线运动轴定子，直线运动轴定子上表面依次堆叠安装直线运动轴动子、主测头转台、主测头支架；光谱共焦测头安装在主测头支架上。有补偿测头支架安装在直线运动轴动子上表面，且位于主测头转台的右侧；有补偿测头支架上固定的补偿测头，补偿测头发射补偿光束照射到标准平面镜进行位置补偿。标准平面镜安装在直线运动轴定子上表面且位于直线运动轴动子的右边。

进一步，所述的主轴底座由一体成型的半圆和长方体组成。

进一步，所述的工件主轴与工件夹具同轴心连接。

进一步，所述的工件夹具的截面为工字型，两端分别连接工件主轴和薄壁壳类回转体。