[發明專利]一種光學元件加工中自動補償位姿誤差的方法

有效

• 申請號: 201310506580.7
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103592893A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 劉健;王紹治;張玲花;隋永新;楊懷江
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 田春梅

技術領域

本發明涉及光學元件的加工領域，尤其涉及到一種光學元件加工中自動補償安裝位姿誤差的方法。

背景技術

隨著光學技術的發展，對于光學元件表面的加工質量提出了越來越高的要求。在光學加工過程中，光學元件的安裝誤差是影響光學元件加工精度的重要因素之一。以工作臺回轉方式的加工機床為例，消除安裝誤差的傳統做法是采用機械表檢測工件邊緣的跳動量，然后反復調整工件位置來降低安裝誤差。這種傳統做法的優點是操作簡便，設備簡單，但其存在如下缺點及不足之處：調整精度比較低，邊緣跳動量一般僅能調整至約5～10μm；調整過程技巧性強，對于工作人員的經驗依賴性強；調整過程費時費力，調整大口徑光學元件時費力，同時存在破壞工件的風險；當光學元件上下兩表面存在較大楔角或被調整面為非球面時，調整過程將非常繁瑣甚至無法實現。

發明內容

本發明的目的是提供一種光學元件加工中自動補償位姿誤差的方法，通過測量光學元件進而計算其安裝位姿誤差，并對其進行補償以便于控制光學元件的加工路徑。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種光學元件加工中自動補償位姿誤差的方法，包括以下步驟：

第一步、將待加工的光學元件裝夾在工作臺上，使光學元件與工作臺同軸；

第二步、采用加工機床在機測頭測量光學元件表面含有安裝誤差的N個實際測量點P′；

第三步、根據位姿誤差向量建立變換矩陣T_M，并將實際測量點P′進行旋轉及平移變換，得到分離安裝誤差后的測量點P″：

P″＝T_M·P′

式中，

T_L為平移矩陣，R_A，R_C為旋轉矩陣；α,β,γ分別為實際頂點與理想頂點在X、Y、Z方向的平移誤差，θ為實際軸線與理想軸線繞X軸的角度誤差，為實際軸線與理想軸線繞Z軸的角度誤差；

第四步、建立最小二乘目標函數：

式中，下標i代表第i個測量點，Q代表光學元件表面任意一點，min{||P_i″-Q||}²代表分離安裝誤差后的測量點至光學表面的距離；

第五步、建立求解位姿誤差的數學模型：

min{Σi=1Nmin{||TM·Pi′-Q||}2}s.t.ATe≥b]]>

式中，矩陣不等式組A^Te≥b表示位姿誤差的邊界條件，其等價的展開式形式為：

式中，α₁，α₂，β₁，β₂，γ₁，γ₂，θ₁，θ₂，分別表示位姿誤差向量各元素的上下邊界；

第六步、對位姿誤差數學模型進行最優化求解，得到位姿誤差向量的最優解e′；

第七步、根據位姿誤差向量的最優解e′計算變換矩陣T_P，