[發明專利]基于基準平面比較測量的自由曲面測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201910268999.0
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110057337B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 趙維謙;唐順;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B21/20
• 分類號: G01B21/20;G01B11/24
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

1.基于基準平面比較測量的自由曲面測量方法，其特征在于：該方法利用自由曲面測量裝置實現測量，所述裝置采用龍門結構三坐標測量機的輪廓測量方式，包括主動氣浮隔震彈簧(1)、氣浮隔振基座(2)、X向氣浮導軌(3)、龍門架(4)、高精度高度測量傳感器(5)、自由曲面測量傳感器(6)、Y向氣浮導軌(7)、Z向氣浮導軌(8)、自由曲面樣品姿態調整裝置(9)、參考平晶姿態調整裝置(10)、桁架(11)；

其中，氣浮隔振基座(2)置于主動氣浮隔震彈簧(1)上，X向氣浮導軌(3)和龍門架(4)固定在氣浮隔振基座(2)上，Y向氣浮導軌(7)安裝在龍門架(4)上，Z向氣浮導軌(8)安裝在Y向氣浮導軌(7)的導套上；自由曲面樣品姿態調整裝置(9)和參考平晶姿態調整裝置(10)平行安裝在X向氣浮導軌(3)的導套上，且與Z向氣浮導軌(8)垂直；高精度高度測量傳感器(5)和自由曲面測量傳感器(6)通過桁架(11)同軸固定在Z向氣浮導軌(8)上，且與Z向氣浮導軌(8)平行；

使用高精度平面平晶作為X-Y面的參考基準平面，利用同軸安裝的高精度高度測量傳感器(5)和自由曲面測量傳感器(6)分別檢測高精度平面平晶和被測自由曲面表面高度信息，然后利用高精度高度測量傳感器(5)獲取的高精度平面平晶表面高度信息來監測和補償X向氣浮導軌(3)和Y向氣浮導軌(7)的直線度誤差，對自由曲面測量傳感器(6)獲取的自由曲面表面形貌進行降維誤差分離，實現自由曲面形貌的納米精度檢測；其中，高精度高度測量傳感器(5)和自由曲面測量傳感器(6)同軸安裝在桁架(11)上，且其軸線與Z向氣浮導軌(8)平行，能夠減小Z軸移動帶來的阿貝誤差；具體包括以下步驟，

步驟一：將高精度平面平晶置于參考平晶姿態調整裝置(10)上，利用高精度高度測量傳感器(5)對高精度平面平晶表面進行監測，調整參考平晶姿態調整裝置(10)的姿態，使其與Z向氣浮導軌(8)垂直；

步驟二：將高精度平面平晶置于自由曲面樣品姿態調整裝置(9)上，利用自由曲面測量傳感器(6)對高精度平面平晶表面進行監測，調整自由曲面樣品姿態調整裝置(9)的姿態，使其與Z向氣浮導軌(8)垂直；

步驟三：將被測自由曲面樣品和高精度平面平晶分別放置在自由曲面樣品姿態調整裝置(9)和參考平晶姿態調整裝置(10)上，利用Z向氣浮導軌(8)帶動桁架(11)沿Z向移動，通過高精度高度測量傳感器(5)和自由曲面測量傳感器(6)同時獲取高精度平面平晶和被測自由曲面樣品的Z向表面高度信息；

步驟四：當被測自由曲面樣品表面傾角超過自由曲面測量傳感器(6)的傾角測量范圍時，通過縱向最小區域法進行姿態判定，調節自由曲面樣品姿態調整裝置(9)使被測自由曲面樣品的傾角在所述自由曲面測量裝置可測范圍內；然后，驅動X向氣浮導軌(3)和Y向氣浮導軌(7)沿蛇形路徑掃描被測自由曲面樣品，通過高精度高度測量傳感器(5)和自由曲面測量傳感器(6)獲取每個測量點(12)的表面高度數據，實現被測自由曲面樣品輪廓的X-Y平面掃描檢測；

步驟五：利用高精度高度測量傳感器(5)測量得到的表面高度數據對X-Y平面掃描檢測時的直線運動誤差進行補償，將自由曲面樣品三維形貌數據{D₁₁(x,y,z),D₁₂(x,y,z),…,D_1N(x,y,z),D₂₁(x,y,z),D₂₂(x,y,z),…,D_2N(x,y,z),…,D_ij(x,y,z),…,D_MN(x,y,z)}擬合，得到被測自由曲面樣品的整體面型輪廓，求解自由曲面表面輪廓的表征多項式，進而實現自由曲面形貌的納米精度檢測。

2.根據權利要求1所述的基于基準平面比較測量的自由曲面測量方法，其特征在于：所述自由曲面樣品姿態調整裝置(9)用于提高被測自由曲面樣品的測量范圍。

3.根據權利要求1所述的基于基準平面比較測量的自由曲面測量方法，其特征在于：所述自由曲面樣品姿態調整裝置(9)采用三點支撐結構，用于提高被測自由曲面樣品的測量范圍。