一種光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法，它是采用波面干涉儀對球體零件進行檢測，先根據球體零件的大小以及波面干涉儀的測量鏡頭的孔徑大小將球體零件表面劃分成若干子孔徑區域，用波面干涉儀對所有子孔徑區域逐一進行測量，得到各子孔徑區域的面形誤差分布情況，再使用子孔徑拼接方法將各子孔徑區域的面形誤差拼接起來，獲得球體零件的全局面形誤差分布情況。該方法具有低成本、高精度、高效率的優點。一種用于上述光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法的檢測裝置，包括波面干涉儀和與波面干涉儀連接的計算機，波面干涉儀前設有可將球體零件置于波面干涉儀的測量鏡頭前方、并可對球體零件進行位姿調節的球體位姿調節裝置。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學元件測試
，尤其涉及光學球體零件全球面三維球度誤差 的檢測方法與裝置。
技術介紹
小型高精度球體零件存在于眾多精密裝備中，如軸承滾珠、計量標準球、核聚變靶 球、陀螺轉子等。特別是在高精度陀螺儀表中，敏感結構大多采用球形部件，如靜電懸浮陀 螺的核心敏感部件就是一個球形轉子，并且球面的形狀和面形精度要求非常高，成為制約 陀螺儀性能的關鍵因素。靜電懸浮陀螺儀是目前公認的精度最高的陀螺儀，美國宇航局的“引力探測B” 衛星用于驗證廣義相對論預測的時空漩渦，其核心部件就是球形轉子，其球度誤差達到了 25nm的偏差。2008年澳大利亞精確光學中心(ACPO)造出了兩個完美的計量標準球，球體 直徑為93. 75mm，球度誤差典型值50nm，是繼“引力探測B”上陀螺轉子球后新的世界上最接 近完美球體的物體。由此可見，納米精度的小型超半球面一方面在尖端科技發展中占有重 要地位，在一定意義上代表了世界科技的發展水平；另一方面，具有納米精度的小型超半球 面是高精度、長壽命慣性儀表中的核心部件，成為制約其性能的關鍵因素。如此高精度的球體零件加工是非常困難的，因為存在機床誤差復印，基于范成運 動原理的切削加工精度不夠高，因而常用研拋方法進行加工，通過逐步修拋誤差高點使得 球度誤差減小到公差范圍之內，其前提是要獲得球體零件上全球面的三維球度誤差分布。長期以來，傳統測量中的球度最常用截線圓度測量方法進行評價，即通過測量球 面上多條大圓截線的圓度間接評價球度。例如“引力探測B”的轉子球度測量采用泰勒-霍 普森(Taylor Hobson)的圓度儀測量16條經線圓和1條赤道圓，早在1980年利帕(Lipa) 和西德爾(Siddal)就采用該方法測量精密陀螺轉子。萊斯特納(Leistner)在修拋完美標 準球時，也是根據圓度儀測得的結果，采用多條截線測量的方法。截線圓度測量方法反映的 表面形貌信息非常有限，因而對球體零件的評價也是不完全、不科學的。由于所采用的測量 方式的局限性，并且有關先進的測量手段研究較少，未能有效地解決高精度光學球體零件 測量中存在的技術難題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種低成本、高精度、高效 率的光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法，以及用于該方法中的光學球體零件全 球面三維球度誤差的檢測裝置。為解決上述技術問題，本專利技術采用以下技術方案一種光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法，它是采用波面干涉儀對球體 零件進行檢測，先根據所述球體零件的大小以及所述波面干涉儀的測量鏡頭的孔徑大小將 球體零件表面劃分成若干子孔徑區域，用波面干涉儀對所有子孔徑區域逐一進行測量，得到各子孔徑區域的面形誤差分布情況，再使用子孔徑拼接方法將各子孔徑區域的面形誤差 拼接起來，獲得球體零件的全局面形誤差分布情況。將球體零件表面劃分成若干子孔徑區域時，相鄰的子孔徑區域具有重合區域。波面干涉儀對一個子孔徑區域的測量完成后，通過可調節球體零件位姿的球體位 姿調節裝置來調整改變球體零件的位姿，使波面干涉儀可對下一個子孔徑區域進行測量。一種用于上述光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法的檢測裝置，包括波 面干涉儀和與所述波面干涉儀連接的計算機，所述波面干涉儀前設有可將球體零件置于所 述波面干涉儀的測量鏡頭前方、并可對球體零件進行位姿調節的球體位姿調節裝置。所述球體位姿調節裝置包括水平分度旋轉臺、垂直分度旋轉臺、第一支撐臂、第二 支撐臂、主動裝卡軸、從動裝卡軸、支撐定位軸、對調平移臺和升降臺，所述第一支撐臂、第 二支撐臂和升降臺均裝設于所述對調平移臺上，所述升降臺位于第一支撐臂與第二支撐臂 之間，所述垂直分度旋轉臺裝設于升降臺上，所述支撐定位軸裝設于垂直分度旋轉臺上，所 述主動裝卡軸和水平分度旋轉臺均裝設于第一支撐臂上，且主動裝卡軸與水平分度旋轉臺 相連，所述從動裝卡軸裝設于第二支撐臂上。所述主動裝卡軸、從動裝卡軸和支撐定位軸用于定位球體零件的一端均設有錐形 卡持槽。所述球體位姿調節裝置的對調平移臺下端裝設有三維平移臺，所述三維平移臺包 括第一水平調節臺、第二水平調節臺和升降調節臺，所述第二水平調節臺裝設于第一水平 調節臺上，且第二水平調節臺與第一水平調節臺的調節方向垂直布置，所述升降調節臺裝 設于第二水平調節臺上，且升降調節臺與所述對調平移臺下端連接。還包括氣動隔振臺和波面干涉儀支撐臺，所述三維平移臺的第一水平調節臺固定 于所述氣動隔振臺，所述波面干涉儀通過所述波面干涉儀支撐臺支撐于所述氣動隔振臺 上。與現有技術相比，本專利技術的優點在于本專利技術的檢測方法采用波面干涉儀對球體零件進行檢測，具有成本低、檢測精度 高的優點，同時將球體零件表面劃分成若干子孔徑區域，逐一測量后用子孔徑拼接方法獲 得球體零件的全局面形誤差分布情況，其操作方便，測量效率高，并能夠獲得精細三維球度 誤差分布，與以往的測量方法相比，本專利技術更適合于球度評價和確定性修形加工對球體面 形誤差分布測量的需求。本專利技術的光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測裝置，結構簡 單、制造成本低，便于對球體零件的位姿進行調整，操作簡單、效率高，且調節精度高，能夠 實現對全球面任意位置的子孔徑區域進行測量，完全能夠滿足上述檢測方法的需要。附圖說明圖1是環帶劃分示意圖；圖2是全球子孔徑劃分示意圖；圖3是光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測裝置的結構示意圖；圖4是球體位姿調節裝置的結構示意圖；圖5是三維平移臺的結構示意圖；圖6是第一條環帶測量示意圖7是調整球面位姿示意圖；圖8是第二條環帶測量示意圖；圖9是完成所有子孔徑測量示意圖；圖10是測量得到的子孔徑面形誤差干涉圖；圖11是拼接得到的高精度球體的三維誤差。圖中各標號表示1、球體零件；11、子孔徑區域；12、重合區域；2、球體位姿調節裝置；21、水平分度 旋轉臺；22、第一支撐臂；23、主動裝卡軸；24、支撐定位軸；25、從動裝卡軸；26、第二支撐 臂；27、對調平移臺；28、垂直分度旋轉臺；29、升降臺；3、三維平移臺；31、第一水平調節臺； 32、第二水平調節臺；33、升降調節臺；4、氣動隔振臺；5、波面干涉儀支撐臺；6、波面干涉 儀；7、測量鏡頭；8、計算機。具體實施例方式以下將結合附圖和具體實施例對本專利技術做進一步詳細說明。本專利技術的一種光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法實施例，它是采用波 面干涉儀6對球體零件1進行檢測，先根據球體零件1的大小以及波面干涉儀6的測量鏡 頭7的孔徑大小將球體零件1表面劃分成若干子孔徑區域11，用波面干涉儀6對所有子孔 徑區域11逐一進行測量，波面干涉儀6對一個子孔徑區域11的測量完成后，通過可調節球 體零件1位姿的球體位姿調節裝置2來調整改變球體零件1的位姿，使波面干涉儀6可對 下一個子孔徑區域11進行測量，從而得到各子孔徑區域11的面形誤差分布情況，再使用子 孔徑拼接方法將各子孔徑區域11的面形誤差拼接起來，獲得球體零件1的全局面形誤差分 布情況。本專利技術的檢測方法采用波面干涉儀6對球體零件1進行檢測，具有成本低、檢測精 度高的優點，同時將球體零件1表面劃分成若干子孔徑區域11，逐一測量后用子孔徑拼接 方法獲得球體零件1的全局面形誤差分布情況，其操作方本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種光學球體零件全球面三維球度誤差的檢測方法，其特征在于：它是采用波面干涉儀（６）對球體零件（１）進行檢測，先根據所述球體零件（１）的大小以及所述波面干涉儀（６）的測量鏡頭（７）的孔徑大小將球體零件（１）表面劃分成若干子孔徑區域（１１），用波面干涉儀（６）對所有子孔徑區域（１１）逐一進行測量，得到各子孔徑區域（１１）的面形誤差分布情況，再使用子孔徑拼接方法將各子孔徑區域（１１）的面形誤差拼接起來，獲得球體零件（１）的全局面形誤差分布情況。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳善勇，戴一帆，廖文林，周林，彭小強，王建敏，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：43
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