[发明专利]一种管状件内外表面测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种管状件内外表面测量系统及测量方法，所述系统包括：探针组件和探针调整机构；所述探针组件基于光纤白光干涉测量原理对管状件内外表面的测量；所述探针调整机构用于调整探针组件的位置，并与延长板连接；延长板与z向位移台连接，z向位移台通过驱动延长板带动探针组件沿z轴正负方向运动；所述管状件通过卡盘夹持；所述卡盘与转台、x向位移台依次相连。所述方法首先进行光学系统绝对基准标定，光路调节及测量前校准得到补偿值，标定后探针调整机构保持不动，对管状件进行扫描测量，根据补偿值对测量结果进行补偿，生成管状件的三维点云数据序列，分析得到测量数据。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，尤其涉及一种管状件内外表面测量系统及测量方法。

背景技术

国防、航空航天、医学及光学等领域内精密性较高的设备或系统中，高加工精度的管状零部件普遍存在，在很多情况下其内外表面形貌会对系统的性能产生极大的影响。对管状件内外表面进行精确且稳定的测量，可有效确定零部件加工精度是否达标，也是提高加工精度的基础，对管状件的精密加工具有重要意义。

采用管状件旋转形式的管状件内外表面测量系统中，管状件的轴线、转台旋转轴线与探针轴线三者之间的偏心等将导致测量误差，因此结合回转件的结构特性，通过简单便捷高效的方法对测量误差进行补偿，对提高管状件内外表面的测量精度具有重要价值。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提出了一种管状件内外表面测量系统及测量方法。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：本发明实施例的第一方面提供了一种管状件内外表面测量系统，包括：探针组件和探针调整机构；所述探针组件基于光纤白光干涉测量原理，对光纤输入的光束进行准直，将准直光束偏转90°并聚焦后出射至管状件内表面或外表面，将携带光程信息的光信号反馈回白光干涉仪进行处理得到距离信息，完成对管状件内外表面的测量；所述探针调整机构用于调整探针组件的位置，并与延长板连接；所述延长板与z向位移台连接，所述z向位移台通过驱动延长板带动探针组件沿z轴正负方向运动；所述管状件通过卡盘夹持；所述卡盘与转台、x向位移台依次相连。

进一步地，所述探针调整机构包括依次连接的手动旋转台、手动平移台、手动摆角器、支杆及旋转安装座；所述旋转安装座与探针组件连接；所述手动旋转台与延长板连接。

进一步地，所述手动旋转台的粗调范围为360°，微调范围为±3°，微调精度为±5’；所述手动平移台的行程为±6.5mm，直线度为5μm，调节精度为10μm；所述手动摆角器的调节范围为±7°，调节精度为0.1°；所述旋转安装座的粗调范围为360°，微调范围为±7°，微调精度为10’。

进一步地，探针组件、调整机构及延长板呈冂字型；延长板的横截面是工字型；所述z向位移台为气浮导轨位移台；转台为气浮转台。

本发明实施例的第二方面提供了一种管状件内外表面测量方法，应用于上述的管状件内外表面测量系统，所述方法包括以下步骤：

S1，对探针组件中的光学系统进行绝对基准标定；

S2，利用校准环规进行光路调节及测量前校准，测量得到校准环规的三维点云数据序列，对生成的校准环规的三维点云数据序列进行最小二乘拟合，得到拟合圆柱直径，将该拟合圆柱直径与环规名义值的差值为补偿值；

S3，实际测量被测件管状件的内外表面，利用步骤S2得到的补偿值对测量值进行补偿，并生成管状件的三维点云数据，对三维点云数据进行拟合分析得到形位公差及表面粗糙度。

进一步地，所述步骤S1具体为：使探针轴线与一内径已精确标定的内圆柱面的轴线保持较高的同轴度的状态下，对该内圆柱面进行测量，记录干涉信号包络峰值对应扫描位移台的光栅尺读数，该读数位置对应内圆柱面的半径，后续的测量值以该半径值为基准。

进一步地，所述步骤S2具体包括以下子步骤：