[發明專利]自由曲面光學元件的在位檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201611152671.5
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106802135B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 鐵貴鵬;彭小強;戴一帆;關朝亮;陳善勇;王貴林
• 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: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 厲田;張麗娟

1.一種自由曲面光學元件的在位檢測裝置，其特征在于，包括旋轉主軸（2）、Z軸（7）、X軸（8）以及豎直布置于所述Z軸（7）上方的Y軸模塊（1），所述旋轉主軸（2）水平設置于X軸（8）的上方并與所述Z軸（7）平行，旋轉主軸（2）上夾持有自由曲面光學元件（3），所述Y軸模塊（1）包括滑塊（11）和立柱（16），所述滑塊（11）滑設于所述立柱（16）上，所述滑塊（11）上設有用于對所述自由曲面光學元件（3）進行在位測量的位移傳感器（5）；所述Y軸模塊（1）還包括驅動機構（17），所述驅動機構（17）與所述滑塊（11）連接并驅動所述滑塊（11）在所述立柱（16）上移動；

所述驅動機構（17）包括驅動電機（171）、上同步帶輪（176）、下同步帶輪（178）以及用于連接所述上同步帶輪（176）和所述下同步帶輪（178）的同步皮帶（177），所述上同步帶輪（176）與所述驅動電機（171）連接，所述同步皮帶（177）上設有同步帶連接板（170），所述同步帶連接板（170）固定于所述滑塊（11）上。

2.根據權利要求1所述的自由曲面光學元件的在位檢測裝置，其特征在于，所述滑塊（11）在靠近自由曲面光學元件（3）方向處設有傳感器安裝板（12），所述位移傳感器（5）通過所述傳感器安裝板（12）固定于所述滑塊（11）上。

3.根據權利要求2所述的自由曲面光學元件的在位檢測裝置，其特征在于，

所述Z軸（7）上設有溜板（6），所述Y軸模塊（1）底部設有用于調整Y軸模塊（1）位置的調整楔塊（15），所述調整楔塊（15）位于溜板（6）上方。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的自由曲面光學元件的在位檢測裝置，其特征在于，

所述Y軸模塊（1）還包括底板（18）和豎直安裝于底板（18）上的驅動安裝板（14），所述驅動安裝板（14）還設有上固定座（141）和下固定座（143），所述驅動機構（17）的上同步帶輪（176）和下同步帶輪（178）分別通過上固定座（141）和下固定座（143）與驅動安裝板（14）連接。

5.一種根據權利要求1至4中任一項自由曲面光學元件的在位檢測裝置的在位檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過調整調整楔塊（15）將Y軸模塊（1）調整至與機床原有直線軸X軸（8）、Z軸（7）正交；

S2、確定合適的掃描路徑進行自由曲面輪廓掃描，同時鎖存各軸的坐標及對應的位移傳感器（5）讀數，得到自由曲面光學元件（3）表面的點云數據；

S3、將測得的點云數據與自由曲面光學元件（3）的理想輪廓形狀進行匹配，得到自由曲面光學元件（3）的在位測量誤差；

所述步驟S2的具體步驟為：

根據自由曲面光學元件（3）表面理想形狀確定合適的掃描路徑和采樣頻率，編制掃描程序，控制機床X軸（8）、Z軸（7）、旋轉主軸（2）和Y軸模塊（1）的運動進行自由曲面輪廓掃描，同時鎖存各軸的坐標及對應的位移傳感器（5）讀數，得到自由曲面光學元件（3）表面的點云數據。

6.根據權利要求5所述的在位檢測方法，其特征在于，

所述步驟S2中所述合適的掃描路徑為以下選項的一種：

1）根據X軸、Y軸、Z軸三直線軸形成的空間柵格掃描路徑；

2）根據任意兩直線軸與C軸形成的徑向放射線掃描路徑；

3）C軸持續轉動形成的螺旋掃描路徑。

7.根據權利要求6所述的在位檢測方法，其特征在于，所述空間柵格掃描路徑中，選取X軸、Y軸、Z軸三直線軸中精度最低的直線軸為柵格換行軸，其余兩直線軸為輪廓掃描軸。