[发明专利]基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置与方法

权利要求书

1.基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，其特征在于，主要包括无衍射光束生成模块、分束光路模块、干涉光产生模块、光电探测与数据处理模块；

所述的无衍射光束生成模块包括激光器(1)、准直扩束器(2)、圆锥透镜(3)；准直扩束器(2)、圆锥透镜(3)依次安装在激光器(1)的光路上；激光器(1)发出波长为λ的单波长激光，由准直扩束器(2)准直扩束，再经圆锥透镜(3)产生无衍射光束；

所述的分束光路模块包括分束镜(6)，分束镜(6)位于圆锥透镜(3)的光路上，分束镜(6)将圆锥透镜(3)射出的光路分成两束光路，均射到干涉光产生模块；

所述的干涉光产生模块包括反射镜(5)、圆锥反射镜(10)、被测工件(7)；分束镜(6)的第一束光路为反射光路，第一束光路上设有圆锥反射透镜(10)，被测工件(7)设在圆锥反射透镜(10)的反射光路上，被测工件(7)与圆锥反射透镜(10)同轴安装；被测工件(7)漫反射光线沿原路返回，依次经过圆锥反射透镜(10)、分束镜(6)；分束镜(6)分出的第二束光路为透射光路，第二束光路上设有反射镜(5)，反射镜(5)反射回的光路经过分束镜(6)再反射后的光路上设有光电探测与数据处理模块；

所述的光电探测与数据处理模块包括光电探测器(4)、信号处理系统；光电探测器(4)位于分束镜(6)反射和透射的光路上；光电探测器(4)接收干涉图样信息，信号处理系统将干涉信号转换为电信号，并经滤波、放大和隔直之后输出，供进一步采集、分析和显示。

2.根据权利要求1所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，其特征在于，所述的激光器(1)发出的光路为水平；分束镜(6)与反射镜(5)的夹角为45°，分束镜(6)平面的法向与圆锥反射透镜(10)的轴线夹角为45°。

3.根据权利要求1所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，其特征在于，还设有用于被测工件(7)与圆锥反射透镜(10)同轴设置的校准装置。

4.根据权利要求3所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，其特征在于，所述的校准装置，包括CCD图像传感器(9)，所述的圆锥反射镜(10)为圆台形状结构，圆锥反射镜(10)的顶面为光线射入面，CCD图像传感器(9)设在圆锥反射镜(10)底面射出光路上。

5.根据权利要求3所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，其特征在于，所述的校准装置，包括铅垂线和倾角仪(8)；用铅垂线作参照将由分束镜(6)入射圆锥反射镜(10)的光线调至竖直，倾角仪(8)设在被测工件(7)上，被测工件(7)上放置一个圆环形的标靶。

6.基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的方法，其特征在于，采用权利要求1到5任一项所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的装置，包括以下过程：

激光器(1)发出单波长激光由准直扩束器(2)准直扩束，再经圆锥透镜(3)生成无衍射光束，生成的无衍射光束被放于圆筒内的分束镜(6)分成两束，第一束光路被反射到底部的圆锥反射透镜(10)，经圆锥反射透镜(10)再反射至被测工件(7)内壁；第二束光路射向反射镜(5)；被测工件(7)内壁由于漫反射光线会沿原路返回，反射回来的光线经圆锥反射透镜(10)反射回分束镜(6)上与反射镜(5)反射回来的光线在光电探测器(4)上形成光程差进而产生干涉现象，在光电探测器(4)接收之后，再通过信号处理系统进行数据的采集和处理；由于被测工件(7)内壁的表面不可能绝对光滑，存在凹凸不平的起伏，使光程差发生改变，导致干涉图样发生弯曲变形，则可通过弯曲量计算得到被测工件(7)表面形貌的起伏程度，进而表征内壁表面的光整程度。

7.根据权利要求6所述的基于无衍射光束测量圆筒形件内壁表面形貌的方法，其特征在于，还包括被测工件(7)与圆锥反射透镜(10)同轴设置的校准。