激光干涉测量齿面形状误差基准相位曲面的计算机构建方法

Laser interferometry has many advantages, such as high accuracy, high efficiency, rich information and protection of the measured tooth flank. It is a development direction of tooth flank form error measurement. However, this method needs to be compared with a physical datum tooth flank with the same parameters and higher accuracy of the measured tooth flank. Aiming at this bottleneck problem, this project carries out the following three aspects of research: 1. A virtual datum phase surface is constructed by computer to replace the physical datum; 2. Based on the simulated interferogram of tooth flank, the automatic processing algorithms of interferograms of gear tooth flank are explored, including the algorithm of simultaneously segmenting and registering the effective tooth flank area of interferogram and the algorithm of extracting the phase of interferograms of tooth flank, so as to achieve high-efficiency and high-precision processing of interferograms; 3. Based on the interferograms processing of optical plane, the system error of interferometric measurement is compensated as a whole to maximize the measurement accuracy. This project will explore the theoretical basis in three aspects: the construction method of measurement datum by computer, the automatic processing algorithm of interferograms of complex surface, and the overall compensation method for complex optical interferometry system errors. It will put forward new technologies and methods, enrich and improve the key theories and methods in the field of optical interferometry, and promote the practical development of laser interferometry in measuring tooth flank form error.

激光干涉测量齿轮齿面形状误差，具有精度极高、效率高、信息丰富、保护被测齿面等诸多优点，是齿面形状误差测量的一个发展方向，但是该方法需要与被测齿面同参数且精度极高的实物基准齿面，进行比较测量。本项目针对这一瓶颈问题，展开以下三方面研究：1. 提出采用计算机构建虚拟的基准相位曲面来代替实物基准；2. 以仿真齿面干涉条纹为基础，探索齿面干涉条纹图像的自动处理算法，包括同时分割和配准齿面干涉条纹图像有效齿面区域的算法和齿面干涉条纹图像的相位提取算法，实现干涉条纹图像的高效、高精度处理；3. 基于光学平面的干涉条纹图像处理来整体补偿干涉测量系统误差，最大限度提高测量精度。本项目将在测量基准的计算机构建方法、复杂曲面干涉条纹图像自动处理算法、复杂光学干涉测量系统误差整体补偿方法三方面探索理论基础，提出新技术和方法，丰富和完善光学干涉测量领域的关键理论和方法，推进激光干涉测量齿面形状误差的实用化发展。

渐开线圆柱齿轮传动被广泛应用在航空航天、装备制造、轨道交通、矿山冶金、石油化工、仪器仪表等行业。精密检测是精确制造齿轮的前提和基础。激光干涉测量齿轮齿面形状误差，具有精度极高、效率高、信息丰富、保护被测齿面等诸多优点，是齿面形状误差测量的一个发展方向，但是该方法需要与被测齿面同参数且精度极高的实物基准齿面，进行比较测量。本项目针对这一瓶颈问题，展开以下四方面研究并取得了研究成果：1. 提出了采用计算机构建虚拟的基准相位曲面的方法来代替加工精度极高且参数不同的实物基准；2. 以仿真齿面干涉条纹为基础，探索齿面干涉条纹图像的自动处理算法，提出了一种将仿真齿面像作为模板引入主动形状模型的边界杂散条纹校正方法，以此来提高齿面干涉图像的有效测量区域的分割精度； 3. 提出了一种基于仿真包裹相位的相位恢复方法，提高了相位解包裹中相位的可靠性，简化了干涉图的处理流程； 4. 提出了基于光学表面的干涉条纹图像处理来整体补偿干涉测量系统误差的方法，最大限度地提高了测量精度。本项目在测量基准的计算机构建方法、复杂曲面干涉条纹图像自动处理算法、复杂光学干涉测量系统误差整体补偿方法三方面探索理论基础，提出了新技术和方法，丰富和发展了光学干涉测量领域的关键理论和方法，推进了激光干涉测量齿面形状误差的相关成果的实用化发展。