[發(fā)明專利]超精密大口徑非球面形狀測量機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210082343.8
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102620678A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙惠英;趙則祥;楊和清;婁云鴿;陳偉;席建普;李彬;任東旭;陳健龍;張楚鵬;李志強;劉孟奇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 田洲

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于超精密測試與計量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大尺寸球面、非球面、平面等面形精度的測量機。

【背景技術(shù)】

隨著航空航天、空間遙感衛(wèi)星相機、激光核聚變裝置、醫(yī)療設(shè)備等高科技領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對高精度大口徑光學(xué)非球面元件(Φ400mm以上)有極大的需求。在國防光學(xué)系統(tǒng)需求的引領(lǐng)下，西方發(fā)達國家對此領(lǐng)域的研究目前已積累和儲備了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢，并形成了較為系統(tǒng)的、以數(shù)字化、定量化、超精密機械化和智能化為標(biāo)志的大口徑光學(xué)非球面制造技術(shù)。

為了不斷提高精密機械、光學(xué)與儀器精度，人們進行了大量理論研究，采取了多種技術(shù)措施。精密機械、光學(xué)與儀器精度不僅反映國家的機械與儀器工業(yè)水平，也是整個國家科技和工業(yè)水平的重要標(biāo)志。研究精密機械、光學(xué)與儀器精度理論及測量技術(shù)，不斷提高其測量精度水平，對促進機械與儀器工業(yè)發(fā)展、加速國家現(xiàn)代化具有重要意義。

目前，非球面、平面的高精度檢測已經(jīng)成為高精度非球面、平面等光學(xué)元件制造中所面臨的瓶頸問題之一，尤其對于大口徑高精度非球面、平面等光學(xué)元件加工階段和最終檢測，其測量精度要求越來越高。因此急需要研制一種能夠進行大口徑非球面零件測量的超精密形狀測量機。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種超精密大口徑非球面形狀測量機，用于檢測銑磨-研拋加工后的大口徑非球面、球面、平面、自由光學(xué)曲面的面形精度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超精密大口徑非球面形狀測量機，包括天然花崗巖床身、X軸部件、Z軸部件、調(diào)心調(diào)平裝置和半球定心平面支承轉(zhuǎn)臺，直線軸和回轉(zhuǎn)軸均配置高精度光柵尺組成測量反饋系統(tǒng)；X軸部件包括輔氣體靜壓導(dǎo)軌、橢圓弧龍門架、主氣體靜壓導(dǎo)軌和X軸直線電機；輔氣體靜壓導(dǎo)軌和主氣體靜壓導(dǎo)軌安裝于天然花崗巖床身兩側(cè)；橢圓弧龍門架的兩個末端，一端固定在輔氣體靜壓導(dǎo)軌上，另一端固定在主氣體靜壓導(dǎo)軌；Z軸部件包括八棱面花崗巖導(dǎo)柱、V型氣浮軸承塊、長度計和Z軸直線電機；兩個V型氣浮軸承塊通過螺栓連接在橢圓弧龍門架上，用于調(diào)節(jié)Z軸的垂直度；八棱面花崗巖導(dǎo)柱7與對稱連接的雙V型氣浮軸承塊組成氣體靜壓導(dǎo)軌副，實現(xiàn)Z軸的上下運動；Z軸直線電機的次級線圈與橢圓弧龍門架固定連接，初級線圈與花崗巖導(dǎo)柱連接；長度計固定在花崗巖導(dǎo)柱的內(nèi)腔；調(diào)心調(diào)平裝置包括轉(zhuǎn)臺面、萬向調(diào)平板、轉(zhuǎn)臺下靜壓盤和驅(qū)動轉(zhuǎn)臺下靜壓盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動單元；轉(zhuǎn)臺下靜壓盤與天然花崗巖床身之間通過氣體靜壓軸承支承。

輔氣體靜壓導(dǎo)軌和主氣體靜壓導(dǎo)軌上設(shè)有進氣接口，X軸部件運動時，通過進氣接口給輔氣體靜壓導(dǎo)軌和主氣體靜壓導(dǎo)軌充氣，使輔氣體靜壓導(dǎo)軌、主氣體靜壓導(dǎo)軌和天然花崗巖床身的頂面和側(cè)面之間均形成氣膜。

主氣體靜壓導(dǎo)軌由X軸直線電機帶動，帶動橢圓弧龍門架沿天然花崗巖床身導(dǎo)軌面運動。

調(diào)心調(diào)平裝置還包括若干調(diào)平裝置和調(diào)心裝置；轉(zhuǎn)臺下靜壓盤頂部設(shè)有凹球面和若干對稱排布的凹槽；萬向調(diào)平板的下部設(shè)有凸球面和錐形斜面；萬向調(diào)平板安裝于轉(zhuǎn)臺下靜壓盤頂部，萬向調(diào)平板的凸球面與轉(zhuǎn)臺下靜壓盤的凹球面相配合；調(diào)平裝置包括調(diào)平定位盤、調(diào)平螺桿、調(diào)平滑輪、調(diào)平滑輪軸和調(diào)平支座；調(diào)平支座安裝在轉(zhuǎn)臺下靜壓盤上對應(yīng)的凹槽中，可沿著轉(zhuǎn)臺下靜壓盤的凹槽移動；調(diào)平滑輪軸將調(diào)平滑輪連接到調(diào)平支座上；調(diào)平螺桿與調(diào)平支座螺紋配合；調(diào)心裝置包括若干調(diào)心頂絲和轉(zhuǎn)臺面；轉(zhuǎn)臺面的下安裝面直接安裝在萬向調(diào)平板上；轉(zhuǎn)臺面的側(cè)面對稱設(shè)置有若干螺紋通孔，若干調(diào)心頂絲設(shè)置于對應(yīng)的螺紋通孔中并與轉(zhuǎn)臺面螺紋連接。

調(diào)平螺桿的頭部截面呈梯形，調(diào)平定位盤壓住調(diào)平螺桿的頭部，然后通過螺栓緊固于下靜壓盤上，使調(diào)平螺桿只能轉(zhuǎn)動，而不能軸向移動；萬向調(diào)平板的側(cè)周設(shè)有圓周面，若干調(diào)心頂絲的尖端穿過對應(yīng)的螺紋通孔抵持所述圓周面。

天然花崗巖床身中心設(shè)有一個安裝孔，半球座固定于該安裝孔中；半球形石墨瓦固定在半球座上；轉(zhuǎn)臺芯軸安裝于半球軸中心并連同半球軸固定在轉(zhuǎn)臺下靜壓盤上；半球軸的凸球面與半球形石墨瓦的凹球面相配合；轉(zhuǎn)臺下靜壓盤的底面開設(shè)有環(huán)形槽，該環(huán)形槽內(nèi)均勻固定有若干塊平面支承石墨塊；平面支承石墨塊與天然花崗巖床身形成氣體靜壓軸承副。

所述精密大口徑非球面形狀測量機還包括第一氣路和第二氣路；第一氣路連通半球形石墨瓦，壓力氣體通入半球形石墨瓦中，在半球形石墨瓦與半球軸之間形成氣膜；第二氣路連通所述若干平面支承石墨塊，壓力氣體通入平面支承石墨塊中，在平面支承石墨塊與天然花崗巖床身之間形成氣膜。