[發(fā)明專利]一種非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711222438.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN107796334A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 師路歡;孫剛;李躍磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 深圳茂達(dá)智聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44394
• 代理人: 胡慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及改進(jìn)的光學(xué)元件磨削系統(tǒng)，具體來說一種非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

非球面光學(xué)元件的檢測(cè)，是制約非球面光學(xué)元件技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要問題，其表現(xiàn)為加工、檢測(cè)工藝裝備技術(shù)落后，目前國(guó)內(nèi)的中大口徑非球面拋光加工的精度和效率接近發(fā)達(dá)國(guó)家同期水平，但是由于沒有拋光前序的高效精密磨削成型技術(shù)和快速表面拋亮技術(shù)支持，致使非球面光學(xué)元件的加工無法形成一套完整的工藝技術(shù)，同時(shí)給最終的精密拋光加工留有相當(dāng)大的加工余量，增加了拋光加工的工作量，制約了中大口徑非球面加工技術(shù)的推廣應(yīng)用，超精密加工技術(shù)是從二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的加工方法，其最大的特點(diǎn)是在綜合應(yīng)用機(jī)械發(fā)展的新成就(新型軸承、導(dǎo)軌、傳動(dòng)裝置、微位移技術(shù)等)，以及現(xiàn)代電子、測(cè)量、計(jì)算機(jī)等新技術(shù)的基礎(chǔ)上大幅度提高機(jī)械加工的精度和水平，向機(jī)械加工精度的極限——納米級(jí)水平挑戰(zhàn)，是機(jī)電一體化的結(jié)晶，目前己成為機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)之所以提高加工精度，主要原因在于提高精度可以大幅度提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，促進(jìn)產(chǎn)品的小型化，增強(qiáng)零件的互換性，從某種意義上講，超精密加工技術(shù)擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要使命，是一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略性技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)系統(tǒng)，內(nèi)容是根據(jù)軌跡成形法加工大口徑非球面光學(xué)元件的原理，具體做以下幾個(gè)方面的工作：

1、在對(duì)光學(xué)元件補(bǔ)償加工之前，要對(duì)一次加工后的工件的面形進(jìn)行精密的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后用來指導(dǎo)補(bǔ)償加工，需要反復(fù)經(jīng)過“加工-檢測(cè)-再加工-再檢測(cè)”才能達(dá)到精磨階段加工精度的要求。

2、測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸的PSD傳感器，測(cè)得工件面形的三維坐標(biāo)，再根據(jù)非球面方程得到理想面形數(shù)據(jù)并計(jì)算出面形誤差，該誤差數(shù)據(jù)是離散的，濾除粗大誤差后，采用最小二乘法擬合出連續(xù)的誤差曲線，生成數(shù)據(jù)文件，用來指導(dǎo)補(bǔ)償加工。

采用的在線檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理方案使系統(tǒng)測(cè)量范圍為30±2mm，測(cè)量精度為0.4μm，采用最小二乘曲線擬合方法，當(dāng)擬合次數(shù)達(dá)到6次或更高時(shí)，數(shù)據(jù)處理精度可控制在0.2μm以內(nèi)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案是：一種非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)系統(tǒng)，其中包括傳感器模塊、機(jī)床脈沖模塊、接口電路、脈沖計(jì)數(shù)卡、數(shù)據(jù)采集模塊、工控微機(jī)、報(bào)警模塊；

采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

采用在線測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量；

傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)接口電路輸送到數(shù)據(jù)采集卡的采集端口(通道0) 上，等待采集；

機(jī)床脈沖信號(hào)經(jīng)接口電路輸送到脈沖計(jì)數(shù)卡，待計(jì)數(shù)條件滿足，脈沖計(jì)數(shù)卡便送出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)；

脈沖出發(fā)經(jīng)工控微機(jī)送入采集卡的采集端口(通道15)上，通知數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

所選的，傳感器為非接觸式激光位移傳感器PSD。

所選的，PSD激光位移測(cè)量方法為：

(1)選擇傳感器對(duì)非球面工件面形坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量；

(2)根據(jù)非球面公式計(jì)算出面形誤差數(shù)據(jù)；

(3)將測(cè)得的誤差數(shù)據(jù)中的粗大誤差濾除，并找到合適的替代項(xiàng)；

(4)將誤差處理后的數(shù)據(jù)擬合成一條疊加于軸對(duì)稱非球面母線上的誤差連續(xù)曲線，提供補(bǔ)償加工所需補(bǔ)償誤差數(shù)據(jù)。

所選的，PSD激光位移檢測(cè)精度為工件主軸精度0.1μm，砂輪軸精度 0.1μm，X軸﹑Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌直線度均為0.3μm/300mm，砂輪回轉(zhuǎn)軸精度 0.1μm，數(shù)控系統(tǒng)分辨率為5nm。

所選的，脈沖計(jì)數(shù)卡的計(jì)數(shù)方式基于8254芯片，機(jī)床脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)卡作為其CLK信號(hào)，計(jì)數(shù)卡的輸出信號(hào)作為采集控制信號(hào)經(jīng)工控微機(jī)送入采集卡的15通道，此信號(hào)還可用來確定工件或砂輪的x軸坐標(biāo)，同時(shí)將 x軸驅(qū)動(dòng)脈沖輸送到脈沖計(jì)數(shù)卡，避免發(fā)生漏采﹑誤采﹑重復(fù)采。

所選的，數(shù)據(jù)采集模塊采用16位多用途數(shù)據(jù)采集卡PCL816。

所選的，系統(tǒng)采用其中的兩個(gè)通道，通道0和通道15，所需要的測(cè)量信號(hào)經(jīng)通道0送入采集卡，采集控制信號(hào)經(jīng)通道15送入采集卡。

所選的，機(jī)床脈沖信號(hào)既用來實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)，又用來驅(qū)動(dòng)檢測(cè)臂。

所選的，報(bào)警模塊包括系統(tǒng)報(bào)警和用戶報(bào)警。

所選的，所述系統(tǒng)報(bào)警和操作信息由NC自動(dòng)完成。

所選的，所述用戶報(bào)警對(duì)機(jī)床的操作和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

本發(fā)明非球面光學(xué)元件的面形檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，提高了測(cè)量精度，可以大幅度提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，促進(jìn)產(chǎn)品的小型化，增強(qiáng)零件的互換性。