[发明专利]一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化的测量方法

权利要求书

1.一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化的测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将被测齿轮置于干涉测量光路中的前双光楔(8)与后双光楔(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)拍摄得到被测齿面干涉条纹图像；

步骤2、通过对前双光楔(8)和后双光楔(9)进行旋转，改变双光楔之间的相对角度，改变干涉测量光路照射被测齿轮的被测齿面的入射角度，根据实际被测面的情况设置干涉测量光路改变角度测量的次数，得到改变入射角度后被测面干涉条纹图像；

步骤3、根据步骤1得到的被测齿面干涉条纹图像与步骤2得到的改变入射角度后被测面干涉条纹图像提取被测齿面的包裹相位，并进行相位解包裹；

步骤4、根据光线追迹原理对被测齿轮的被测齿面干涉测量进行仿真，得到被测齿面的仿真干涉图；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，并将被测面相位解包后的连续相位转换为被测面的高度信息，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5、用相同大小的窗口计算多组多角度干涉图的相位倒数方差质量图V(m,n)，设定阈值后将被测齿面区域二值化，超过阈值的区域为可靠相位区域，将多角度测量计算的结果中可靠相位区域的结果进行像素级融合；

步骤6、利用结构光传感器(20)沿被测齿轮轴向方向扫描被测齿面，得到被测齿轮齿面的表面高度信息，依据所述表面高度信息构建被测齿面的三维点云数据，将所述三维点云数据和理想齿面比较，计算出被测齿面的形状误差；

步骤7、借助多传感卡尔曼滤波的量测融合算法，对干涉光路测量多角度测量结果与扫描测量光路测量结果进行加权融合并进行信息滤波的处理，得到信息融合后的新的信息在像素点(x,y)处的结果Y(x,y)；

所述一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化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)、前双光楔(8)、后双光楔(9)，所述前双光楔(8)与后双光楔(9)之间放置被测齿轮，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齿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所述的一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化的测量方法，其特征在于，所述步骤1的被测齿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所述的一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化的测量方法，其特征在于，所述步骤2的改变入射角度后被测面干涉条纹图像分别对应相移的角度0，π/2，π和3π/2。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮齿面形状误差的非接触柔性化的测量方法，其特征在于，所述步骤3的被测齿面的干涉条纹上目标像素点(x,y)处的包裹相位可按下式计算：

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；

被测齿面的干涉条纹图像的二维相位解包裹数学模型可表示为：

式中：Φ(x,y)为解包后的连续相位值；k为包裹数。