[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201611152671.5
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106802135B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種自由曲面光學元件的在位檢測裝置，包括旋轉主軸、Z軸、X軸以及豎直布置于所述Z軸上方的Y軸模塊，所述旋轉主軸水平設置于X軸的上方并與所述Z軸平行，旋轉主軸上夾持有自由曲面光學元件，所述Y軸模塊包括滑塊和立柱，所述滑塊滑設于所述立柱上，所述滑塊上設有用于對所述自由曲面光學元件進行在位測量的位移傳感器。本發(fā)明還提供前述裝置的在位檢測方法。本發(fā)明的裝置可實現(xiàn)自由曲面光學元件的高精度在位檢測。

技術領域

本發(fā)明涉及復雜曲面的超精密檢測領域，尤其涉及一種自由曲面光學元件的在位檢測裝置及檢測方法。

背景技術

自由曲面光學元件有利于簡化系統(tǒng)結構，減少鏡片數(shù)量和尺寸，提高成像質量，還能獲得許多特殊的光學性能，給新產品的設計帶來巨大的潛力。因此，自由曲面光學元件無論在軍用、民用領域都有著越來越迫切的需求，如大型天文觀測系統(tǒng)、軍用光熱成像裝置、導彈導引系統(tǒng)、數(shù)碼顯示系統(tǒng)、汽車照明系統(tǒng)、眼科醫(yī)療系統(tǒng)等。現(xiàn)階段基于超精密車床的自由曲面光學元件的在位檢測主要有兩種方式：1.測量待測件的某條徑向截線；2.采用螺旋掃描的方式實時跟蹤曲面形狀進行測量。前者無法實現(xiàn)自由曲面的測量評價，后者存在動態(tài)跟蹤誤差，且需要測頭嚴格對準主軸回轉中心，否則造成的誤差難以控制，且誤差形式和加工誤差重合，難以分辨。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，提供一種實現(xiàn)超精密車削加工過程中高精度在位檢測的自由曲面光學元件的在位檢測裝置，相應的還提供一種各軸無需聯(lián)動控制的自由曲面光學元件的在位檢測方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種自由曲面光學元件的在位檢測裝置，包括旋轉主軸、Z軸、X軸以及豎直布置于所述Z軸上方的Y軸模塊，所述旋轉主軸水平設置于X軸的上方并與所述Z軸平行，旋轉主軸上夾持有自由曲面光學元件，所述Y軸模塊包括滑塊和立柱，所述滑塊滑設于所述立柱上，所述滑塊上設有用于對所述自由曲面光學元件進行在位測量的位移傳感器。

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述Y軸模塊還包括驅動機構，所述驅動機構與所述滑塊連接并驅動所述滑塊在所述立柱上移動。

所述滑塊在靠近自由曲面光學元件方向處設有傳感器安裝板，所述位移傳感器通過所述傳感器安裝板固定于所述滑塊上。

所述Z軸上設有溜板，所述Y軸模塊底部設有用于調整Y軸模塊位置的調整楔塊，所述調整楔塊位于溜板上方。

所述驅動機構包括驅動電機、上同步帶輪、下同步帶輪以及用于連接所述上同步帶輪和所述下同步帶輪的同步皮帶，所述上同步帶輪與所述驅動電機連接，所述同步皮帶上設有同步帶連接板，所述同步帶連接板固定于所述滑塊上。

所述Y軸模塊還包括底板和豎直安裝于底板上的驅動安裝板，所述驅動安裝板還設有上固定座和下固定座，所述驅動機構的上同步帶輪和下同步帶輪分別通過上固定座和下固定座與驅動安裝板連接。

作為一個總的發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種自由曲面光學元件的在位檢測方法，包括以下步驟：

S1、通過調整調整楔塊將Y軸模塊調整至與機床原有直線軸X軸、Z軸正交；

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讀數(shù)，得到自由曲面光學元件表面的點云數(shù)據(jù)；

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

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述步驟S2的具體步驟為：