[發明專利]超精密磨削大口徑光學元件平面度在位檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201310134419.1
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103245308A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 武欣;于瀛潔;王偉榮;忻曉蔚;張小強
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G01B11/24
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種超精密磨削大口徑光學元件平面度在位檢測裝置及方法，屬于大口徑光學元件的幾何量測量技術領域。

背景技術

隨著現代航空、航天、軍事等技術的發展，大口徑光學元件的應用越來越廣泛，精度要求也越來越高。在加工大口徑光學元件的過程中，需要多次對其進行檢測，確保加工精度。目前大口徑光學元件的檢測方法基本上是離線檢測，且需運輸到具有大口徑檢測裝置的異地去檢測，這種方式不僅耗時而且會產生多次安裝誤差，僅適于器件的終端檢測。為了及時調整加工過程、避免重復加工、保證加工效率，最佳方式是對大口徑光學元件進行在位檢測。

對于大口徑光學元件，目前還沒有在車間環境下與加工機床集成在一起的在位（即被測工件位于磨床上、非磨削狀態下）的檢測裝置，雖然目前有理論上可行的檢測方法，但都是基于離線檢測的試驗驗證，是在溫度、濕度和振動條件都得到嚴格控制的計量室條件下進行的。例如李圣怡等，在“CN?101251439A”中，公開一種基于相位恢復技術的大型光學鏡面在位檢測裝置，主要由激光源、數碼相機、分光棱鏡、帶支架的平臺和計算機構成，該裝置針對非球面鏡設計，搭建在加工機床一側，實現分平臺在位檢測。

大尺寸平面度的測量方法很多，主要有水平儀法、自準直儀法、光軸法、液面法等方法，對高精度的大口徑光學元件進行平面度檢測，最直接有效的方法是使用大口徑移相干涉儀，但制造大口徑干涉儀的成本極高。目前大口徑光學元件的常用檢測方法即子孔徑拼接測量法，該方法使用小口徑、高精度的干涉儀對整體面形分區域測量，通過拼接技術獲得大口徑光學元件的波前相位數據，不僅降低了檢測成本，而且能夠測量的元件尺寸不受干涉儀口徑的限制。子孔徑拼接方法最早在20世紀80年代初，由美國Arizona光學中心的C.Kim等人提出，即用一組較小口徑的參考面列陣替代傳統的單一的參考面，實現光學表面的檢測。1986年，Stuhlinger等提出的DPM方法(Discrete?Phase?Method)首次利用子孔徑之間的重疊區域，通過最小二乘擬合來估計子孔徑的相對平移和傾斜，但受機械移動誤差的影響，測量精度并不理想。1991年陳明儀等提出多孔徑重疊掃描拼接技術（Multi-aperture?Overlap-scanning?Technique,?MAOST），通過相鄰子孔徑之間重疊區信息的相關性將所有面形拼接起來，從而獲得較大區域物體的面形，實現了大尺寸面形的高精度、高空間分辨率測量。2003年美國QED公司依據多孔徑重疊掃描拼接原理研制了子孔徑拼接干涉測量工作站Stitching?Interferometer?Workstation?(SIW)?，它是子孔徑拼接測量商業產品化的前驅，同時成功將其應用到包括非球面在內的曲面測量領域，該公司對這一技術和產品還在不斷完善中。

綜上所述，需要一種與大口徑光學元件加工機床集成在一起的在位檢測裝置和方法，克服離線檢測存在的弊端，在車間環境下能夠對大口徑光學元件的平面度誤差實現高精度、高效率測量。

發明內容

為了克服上述已有平面度誤差測量方法及裝置存在的缺陷，本發明提出了一種超精密磨削大口徑光學元件平面度誤差的在位檢測裝置及方法。該檢測裝置與加工大口徑光學元件的超精密磨床有效結合，不僅為超精密大尺寸光學玻璃平面磨床提供配套的核心檢測裝置，提供工藝分析、質量保證的依據，也可以作為一種大口徑光學元件平面度在位檢測的通用設備，為其他裝置加工的大口徑光學元件提供檢測。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種超精密磨削大口徑光學元件平面度在位檢測裝置，包含計算機、動態干涉儀、主測量臺架、x方向導軌、z方向導軌、臺架導軌、隔離裝置，所述的動態干涉儀安裝在z方向導軌上，用于測量被測面的各個子孔徑數據，傳輸至計算機進行處理，動態干涉儀的主鏡處加有封閉罩；所述的主測量臺架為獨立的移動式門架結構，沿臺架導軌運動，其上安裝有使動態干涉儀水平移動的x方向導軌和上下移動的z方向導軌；所述的臺架導軌為燕形滑動導軌，使主測量臺架沿y方向移動；所述的隔離裝置用于避免磨床工作時對檢測裝置造成污染。

本裝置與磨床集成一體，但采用分離式結構，相互獨立運動：當在位檢測裝置工作，即對加工的光學元件被測面進行檢測時，磨床處于停工狀態，光學元件處于在位檢測狀態；當在位檢測裝置停止工作時進入隔離位置。

所述的x方向導軌為矩形滑動導軌，采用伺服電機驅動滾珠絲杠移動；z方向導軌采用伺服電機驅動齒輪齒條，由氣缸定位；所述的x方向導軌、z方向導軌及臺架導軌的軸與磨床的系統軸均由同一個數控系統控制。