[發明專利]一種工件面形測量系統及方法

在審

• 申請號: 201711172671.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN108037730A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 張志宇;李興昶;熊玲;羅霄;李銳鋼;薛棟林;張學軍
• 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: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G01B7/28
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發明實施例提供了一種工件面形測量系統及方法，電容傳感器測量穩定性高，可以很好實現線性測量而無需對數據進行復雜的線性校正；鏡面油污等雜質對電容傳感器沒有影響，不會影響測量結果，同時，電容傳感器工作表面是圓形區域，具有一定的采樣面積，可以均化一次采樣區域內局部大偏離誤差，使得測量結果中的偶發高點降低，獲得合理的面形峰谷值，因此非常有利于面形誤差測量。

技術領域

本發明涉及空間光學系統先進制造技術領域，具體涉及一種工件面形測量系統及方法。

背景技術

超精密車削是一種高效率的光學元件加工方法，能夠同時獲得納米級表面粗糙度和亞微米級別的面形精度。一般而言，超精密車削后的光學元件可以直接滿足紅外波段元件的使用要求。但超精密車削的光學元件還無法滿足可見光波段光學元件的面形要求。特別是對于口徑大或徑厚比大的反射鏡，由于機床導軌誤差、加工中熱變形、裝卡應力等因素會引入較大的面形誤差。

單點金剛石車床配備的在位檢測系統以接觸式球形探頭為主，精度差、測量效率低，而且容易劃傷元件表面。同時，鋁合金反射鏡表面很軟，測頭的壓力使鏡面產生彈性變形，從而引入測量誤差。中國專利CN205580399U提出了激光三維掃描的測量方法，該方法雖然可以實現非接觸測量，但是超精密車削表面存在油污等雜質時將對激光產生干擾，同時激光在反射鏡面的散射也會引入測量誤差。中國專利CN102305601A提出了采用光柵投影裝置對被測物體表面投影正弦光柵條紋，由圖像采集裝置獲取經被測物體表面調制的變形條紋圖，進而恢復出被測物體表面三維形貌的方法，但該方法的分辨率不高，僅適用于微米級以上面形誤差的測量。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種工件面形測量系統及方法，電容傳感器測量穩定性好，可以很好保證測量線性而無需對數據進行復雜的線性校正；鏡面的油污等雜質對電容傳感器沒有影響，不會影響測量結果，同時，電容傳感器工作表面是圓形區域，具有一定的采樣面積，可以均化一次采樣區域內局部大偏離誤差，使得測量結果中的偶發高點降低，獲得合理的面形峰谷值，因此非常有利于面形誤差測量。

第一方面，本發明提供一種工件面形測量系統，包括電容傳感器、與所述電容傳感器電連接的數據采集單元、用于調整所述電容傳感器位置的調節機構、用于承載工件的主軸承載臺，預先規劃所述電容傳感器的測量軌跡，通過所述調節機構調整所述電容傳感器的中心線與所述主軸承載臺的軸線重合，在進行測量時，根據所述測量軌跡對所述主軸承載臺上的工件進行面形測量。

可選地，還包括精密車床，所述主軸承載臺位于所述精密車床上，所述精密車床還具有B軸轉臺，所述調節機構設置在所述B軸轉臺上，所述主軸承載臺的軸線與所述B軸轉臺的軸線互相垂直。

可選地，所述調節機構包括柔性卡環和具有三自由度的調節工裝，所述電容傳感器通過柔性卡環固定在所述調節工裝上。

可選地，所述精密車床為多軸聯動的正交機床。

可選地，所述電容傳感器為具有毫米級直徑的電容傳感器。

第二方面，本發明提供一種工件面形測量方法，應用于如上述的工件面形測量系統，所述方法包括：

調整電容傳感器的中心線與主軸承載臺的軸線重合；

根據待測工件的面形進行測量軌跡規劃；

配置電容傳感器的采樣頻率及所述主軸承載臺的轉速；

采集所述待測工件上測量點的Z方向矢高數據；

根據采集到的所述測量點的Z方向矢高數據轉化為面形誤差分布數據。

可選地，還包括：

利用面形誤差數據對所述待測工件進行補償切削加工。

可選地，所述調整電容傳感器的中心線與主軸承載臺的軸線重合，包括：