[發明專利]一種高精度靜壓導軌形位誤差全息檢測方法

在審

• 申請號: 201510660652.2
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN105157573A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 戴一帆;郭蒙;彭小強;鐵貴鵬;胡皓;關朝亮;陳善勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華

技術領域

本發明屬于精密制造領域，涉及高精度靜壓導軌形位誤差檢測的工藝方法。

背景技術

作為靜壓軸系的基準部件，靜壓導軌的制造精度直接決定了系統的運動精度。靜壓導軌零件不僅要求各表面有高的形狀精度，還要求各表面之間有高的平行度和垂直度等位置精度。傳統導軌一般選用碳鋼或花崗石材質，沿用傳統的形位誤差機械測量和評價方法，難以實現高精度的制造要求。首先，其形位誤差的測量精度受限于坐標測量儀器本身的精度，很難達到微米級以下。其次，測量都是沿母線進行，組成誤差網格的密度有限，只能用宏觀誤差體系加以評價，局部誤差定位的功能差，對指導確定性修形加工而言，信息量遠遠不夠。將玻璃、陶瓷、金屬等光學材料用作新型靜壓導軌材料，從而引入光學干涉測量技術和現代光學加工手段，對于提高靜壓導軌的形位精度具有突破性的意義。

激光干涉測量法基于波面干涉原理，通過合適的測量光路可以使獲得被測面的面形分布數據，在一定條件下可以解算出被測面之間的形位誤差。干涉測量法可以獲得高精度的形位誤差全息分布數據，能夠直接用于確定性修形加工。

目前較為成熟的光學確定性修形加工手段主要有數控小工具拋光(ComputerControlledPolishing，CCP)和磁流變拋光(MagnetorheologicalFinishing，MRF)等。數控小工具拋光通過柔性拋光墊和不同參數的拋光液組合，可以獲得不同的去除效率，通過迭代加工使拋光面形位誤差得到收斂。數控小磨頭拋光可以消除研磨粗拋后剩余的研磨損傷，并對面形具有光順效應。磁流變拋光是一種可控柔體拋光，拋光液與鏡面接觸形成“柔性拋光膜”通過數控的方法使拋光液在鏡面上的截流狀態保持高度穩定性，具有確定性高，精度高等優點，其確定性高的特點可以帶來高的收斂比，特別是在精加工階段。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服靜壓導軌傳統形位誤差檢測精度不高、數據分辨率不夠的不足，提供一種針對光學材質靜壓導軌的基于波面干涉測量的高精度靜壓導軌形位誤差全息檢測方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種高精度靜壓導軌形位誤差全息檢測方法，包括以下步驟：

第一步，搭建形位誤差光學檢測系統；

形位誤差光學檢測系統包括大調整臺、高精度端齒盤、小調整臺、高精度三十六棱鏡和波面干涉儀，大調整臺由臺面和3個可調高度的螺紋支撐腳組成，臺面由其底部的3個可調節高度的螺紋支撐腳固定支撐，3個可調高度的螺紋支撐腳呈三角形分布，通過調節3個螺紋支撐腳的高度以調整臺面的俯仰傾斜角度，所述高精度端齒盤固定在臺面上，小調整臺固定在高精度端齒盤上，大調整臺、高精度端齒盤和小調整臺之間由螺釘連接固定，高精度三十六棱鏡置于小調整臺上。其中，波面干涉儀采用美國ZYGO公司24英寸波面干涉儀。高精度三十六棱鏡一組平行面的平行度為0.4″，高精度端齒盤回轉精度為0.2″。

第二步，利用高精度三十六棱鏡對搭建的形位誤差光學檢測系統進行校準；

1、首先將大調整臺置于波面干涉儀的氣浮平臺上，正對波面干涉儀的反射鏡，然后用內六角螺釘將高精度端齒盤固定在大調整臺的相應位置，再將小調整臺置于高精度端齒盤的回轉平面，并用螺釘固定；高精度三十六棱鏡放在小調整臺上，選取高精度三十六棱鏡的一個側面正對波面干涉儀上，標記此側面為1#面，同時按逆時針方向每隔90°依次標記棱鏡的2#、3#、4#面；

2、將高精度三十六棱鏡的1#面對準波面干涉儀鏡頭，微調小調整臺使反射光斑出現在視場內；

3、將高精度端齒盤旋轉180°，使高精度三十六棱鏡的3#面對準波面干涉儀，由于高精度端齒盤回轉軸線的偏差，此時3#面反射光斑與之前1#面反射光斑分別居于視場上下半部，且與視場中央橫線的距離大體一致，慢慢調節大、小調整臺俯仰角度并旋轉高精度端齒盤，觀察1#和3#面反射光斑，使兩個光斑均位于中央橫線上(如圖2所示)；

4、旋轉高精度端齒盤使高精度三十六棱鏡的2#面正對波面干涉儀鏡頭，與第3步操作相同，通過調節大、小調整臺的俯仰角度使2#面和4#面反射光斑也落在中央橫線上；

5、順次觀察四個側面反射光斑位置，微調小調整臺使其落在視場十字線中央。此時校準完畢，高精度端齒盤回轉軸線與波面干涉儀光路垂直；取下高精度三十六棱鏡。

第三步，對待測導軌進行檢測；