[發明專利]基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法

有效

• 申請號: 201911356311.0
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN110879046B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 熊玲;胡海翔;戚二輝;羅霄;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: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 尹慶娟

1.基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：將擺臂式輪廓檢測裝置裝調至測頭掃描軌跡位于待測鏡最接近球面上，記錄下當前機床上的位置讀數；

步驟二：采用擺臂式輪廓檢測方法對待測面進行檢測，獲得加工前多條采樣輪廓弧線坐標值；

步驟三：對步驟二獲得的加工前多條采樣輪廓弧線坐標值采用最小二乘方法進行傾斜擬合，得到待測面加工前擺臂式輪廓檢測裝置中采樣輪廓弧線的傾斜值；

步驟四：移走擺臂式輪廓檢測裝置，對待測面進行加工，加工完成后清洗待測工件表面；

步驟五：根據步驟一中獲得的位置讀數將擺臂式輪廓檢測裝置移回，并重復步驟二對加工后的待測面進行面形檢測，獲得加工后多條采樣輪廓弧線坐標值；

步驟六：對步驟五中獲得的加工后多條采樣輪廓弧線坐標值采用最小二乘方法進行傾斜擬合，得到待測面加工后擺臂式輪廓檢測裝置中采樣輪廓弧線的傾斜值；

步驟七；將步驟六與步驟三的傾斜值作差，從傾斜差值中提取獲得待測面面形加工前后的離焦量變化值。

2.根據權利要求1所述的基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，每個采樣輪廓弧線的坐標值通用表達式為：

x＝Lcosβ+L (1)

y＝Lsinβ (2)

其中：L為測頭至氣浮轉臺旋轉軸的垂直矩離；

β為氣浮轉臺擺動角度。

3.根據權利要求2所述的基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，經步驟三和步驟六的傾斜擬合的通用方程為：

其中：(x_ij，y_ij，z_ij)為第i條輪廓弧線的第j個采樣點的位置坐標值。

4.根據權利要求3所述的基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，采樣輪廓弧線的傾斜姿態表達式為：

z＝ax+by+c (4)

其中：a為單條采樣輪廓弧線擬合平面沿X方向的傾斜，b為單條采樣輪廓弧線擬合平面沿Y方向的傾斜，c為氣浮轉臺沿Z方向的平移。

5.根據權利要求4所述的基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，將步驟六與步驟三的傾斜值作差具體為：

通過公式(1)-(3)并參考公式(4)的表達形式，獲得待測面加工前的面形采樣輪廓弧線傾斜擬合式(5)以及加工后的面形采樣輪廓弧線傾斜擬合式(6)，表示為：

z₁＝a₁·L·cosβ+a₁·L+b₁·L·sinβ+c₁ (5)

z₂＝a₂·L·cosβ+a₂·L+b₂·L·sinβ+c₂ (6)

將加工后和加工前的采樣輪廓弧線的傾斜擬合值作差可得差值ΔZ：

Δz＝z₂-z₁＝(a₂-a₁)·L·cosβ+(a₂-a₁)·L+(b₂-b₁)·L·sinβ+(c₂-c₁) (7)。

6.根據權利要求5所述的基于擺臂式輪廓檢測的面形離焦量變化值的測量方法，其特征在于，步驟七所述的從傾斜差值中提取獲得待測面面形加工前后的離焦量變化值具體為：

待測工件離焦量的形式表示為：

其中，coe為離焦量的系數值；r為待測工件外徑；

結合公式(1)和(2)待測工件離焦量值即為：

當單條輪廓弧線的直徑2L等于待測面半徑r時，面形的離焦量值表示為：

結合公式(5)公式(6)以及公式(7)，待測工件面形加工前后的輪廓弧線傾斜差值中與面形離焦量相關的部分為(a₂-a₁)·L·cosβ，面形離焦項的系數為：

coe＝(a₂-a₁)·L (11)

面形離焦量的變化值即為：

ΔZ_pow＝(a₂-a₁)·L·cosβ (12)；

當待測面半徑r不等于單條輪廓弧線的直徑2L，通過對cosβ前的系數進行匹配以提取面形離焦信息，即獲得面形加工前后的面形離焦項的系數為：

面形離焦量的變化值即為：