[发明专利]面向齿轮齿面形状误差的变角度同步相移干涉测量方法

说明书

本发明公开了一种面向齿轮齿面形状误差的变角度同步相移干涉测量方法，沿测量光路设置有前双光楔、后双光楔；沿扫描测量光路设置有结构光传感器，前双光楔与后双光楔之间放置被测齿轮。将双光楔引入到了测量光路，定量改变入射角照射到被测齿面的角度，从而调整干涉条纹的密度分布方便相位数据处理；将结构光传感器引入干涉测量装置中，投射的结构光通过在测量过程中与被测物表面的相对运动，结合干涉测量数据，使得在对大螺旋角复杂螺旋曲面进行测量时可以保证全场测量。本发明的测量方法将空间相移技术引入到干涉测量装置中，通过单次测量拍摄能够得到多张移相干涉图，简化了操作流程步骤，提升了装置的抗干扰能力。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，涉及一种面向齿轮齿面形状误差的变角度同步相移干涉测量方法。

背景技术

精密齿轮作为先进轨道交通和工业机器人传动装置中的重要零件，由于具有高承载能力、高传动效率、长寿命和低噪声等优点，为传动装置的高性能提供了保证。为了满足传动装置高承载能力和高传动效率的需求，这就要求齿轮必须具有更高的加工制造精度。而在齿轮精度评价的诸多指标中，齿面形状误差对整个传动装置的传动效率、噪声以及使用寿命都有巨大的影响。因此，齿面形状误差的测量对于高精度齿轮的加工制造具有十分重要的意义。激光移相干涉齿面形状误差测量法具有无损伤、高效率、高精度的优势，是非接触齿轮表面形状误差测量的重要研究方向。该方法将被测量的物理信息以干涉条纹图像的相位信息进行体现，通过对干涉条纹图像进行处理来计算复杂螺旋曲面的表面形状误差。

经文献搜索发现，已有的精密齿轮齿面形状误差的测量方法分为两类，第一种是接触式测量方法，如三坐标测量机或齿轮测量中心。这类测量是基于测量触头通过在被侧面上扫点实现的，采用坐标测量法对被测物理信息进行反算。但是，这类方法测量效率低，会划伤被测齿面，并且会受到测头半径误差和采样误差等因素影响测量精度。第二类是基于激光干涉法实现的非接触测量方法，能实现高精度、高效率的测量。如王磊杰在《Optik》发表的论文“Design of laser interferometric system for measurement of geartooth flank”采用的激光移相干涉测量方法。这种方法利用PZT调整反射镜的相位，得到一系列移相后的被测齿面干涉条纹图像，经过相位提取和解包后能够计算出齿轮齿面的形状误差。这种方法虽然能够实现齿轮齿面形状误差的高精度测量，但是对于螺旋角大的斜齿轮，测量光会被相邻面所遮挡导致测量信息不全，从而无法实现不同齿宽斜齿轮的全场测量。此外，该方法是基于压电陶瓷进行分步移相的，极易受到外界环境的干扰导致精度的降低，这也限制了其实际应用效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向齿轮齿面形状误差的变角度同步相移干涉测量方法，解决了现有技术中存在的精度低、无法实现全场测量问题。

本发明所采用的技术方案是，一种面向齿轮齿面形状误差的变角度同步相移干涉测量方法，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与后双光楔之间，并调整干涉测量光路，当干涉测量光路调整合适时，CCD相机拍摄得到被测齿面干涉条纹图像；

步骤2、通过对前双光楔和后双光楔进行旋转，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，根据实际被测齿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齿面干涉条纹图像；

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齿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，并将被测齿面相位解包后的连续相位转换为被测齿面的高度信息，根据平行平板干涉模型，通过相位差Φ推导出高度差h；