自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法制造方法及图纸

技术编号:15553176 阅读:315 留言:0更新日期:2017-06-08 11:04
本发明专利技术公开了一种自由曲面光学元件的在位检测装置,包括旋转主轴、Z轴、X轴以及竖直布置于所述Z轴上方的Y轴模块,所述旋转主轴水平设置于X轴的上方并与所述Z轴平行,旋转主轴上夹持有自由曲面光学元件,所述Y轴模块包括滑块和立柱,所述滑块滑设于所述立柱上,所述滑块上设有用于对所述自由曲面光学元件进行在位测量的位移传感器。本发明专利技术还提供前述装置的在位检测方法。本发明专利技术的装置可实现自由曲面光学元件的高精度在位检测。

Position detecting device and detecting method for freeform optical component

The invention discloses a detection device in a free-form surface optical element, including rotary spindle, Z axis, X axis and vertical to the Z axis Y axis module, the rotary spindle is horizontally arranged on the X axis and the Z axis is parallel to the rotating spindle holding by self the surface optical element, the Y axis module comprises a slide block and a column, the slider is arranged in the column, the slider is provided with for the free-form surface optical element displacement sensor in measurement. The invention also provides a method for detecting the position of the device. The device of the invention can realize the high-precision position detection of the freeform optical component.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复杂曲面的超精密检测领域,尤其涉及一种自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法
技术介绍
自由曲面光学元件有利于简化系统结构,减少镜片数量和尺寸,提高成像质量,还能获得许多特殊的光学性能,给新产品的设计带来巨大的潜力。因此,自由曲面光学元件无论在军用、民用领域都有着越来越迫切的需求,如大型天文观测系统、军用光热成像装置、导弹导引系统、数码显示系统、汽车照明系统、眼科医疗系统等。现阶段基于超精密车床的自由曲面光学元件的在位检测主要有两种方式:1.测量待测件的某条径向截线;2.采用螺旋扫描的方式实时跟踪曲面形状进行测量。前者无法实现自由曲面的测量评价,后者存在动态跟踪误差,且需要测头严格对准主轴回转中心,否则造成的误差难以控制,且误差形式和加工误差重合,难以分辨。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的技术问题,提供一种实现超精密车削加工过程中高精度在位检测的自由曲面光学元件的在位检测装置,相应的还提供一种各轴无需联动控制的自由曲面光学元件的在位检测方法。为解决上述技术问题,本专利技术采用以下技术方案:一种自由曲面光学元件的在位检测装置,包括旋转主轴、Z轴、X轴以及竖直布置于所述Z轴上方的Y轴模块,所述旋转主轴水平设置于X轴的上方并与所述Z轴平行,旋转主轴上夹持有自由曲面光学元件,所述Y轴模块包括滑块和立柱,所述滑块滑设于所述立柱上,所述滑块上设有用于对所述自由曲面光学元件进行在位测量的位移传感器。作为对上述技术方案的进一步改进:所述Y轴模块还包括驱动机构,所述驱动机构与所述滑块连接并驱动所述滑块在所述立柱上移动。所述滑块在靠近自由曲面光学元件方向处设有传感器安装板,所述位移传感器通过所述传感器安装板固定于所述滑块上。所述Z轴上设有溜板,所述Y轴模块底部设有用于调整Y轴模块位置的调整楔块,所述调整楔块位于溜板上方。所述驱动机构包括驱动电机、上同步带轮、下同步带轮以及用于连接所述上同步带轮和所述下同步带轮的同步皮带,所述上同步带轮与所述驱动电机连接,所述同步皮带上设有同步带连接板,所述同步带连接板固定于所述滑块上。所述Y轴模块还包括底板和竖直安装于底板上的驱动安装板,所述驱动安装板还设有上固定座和下固定座,所述驱动机构的上同步带轮和下同步带轮分别通过上固定座和下固定座与驱动安装板连接。作为一个总的专利技术构思,本专利技术还提供一种自由曲面光学元件的在位检测方法,包括以下步骤:S1、通过调整调整楔块将Y轴模块调整至与机床原有直线轴X轴、Z轴正交;S2、确定合适的扫描路径进行自由曲面轮廓扫描,同时锁存各轴的坐标及对应的位移传感器读数,得到自由曲面光学元件表面的点云数据;S3、将测得的点云数据与自由曲面光学元件的理想轮廓形状进行匹配,得到自由曲面光学元件的在位测量误差。作为对上述技术方案的进一步改进:所述步骤S2的具体步骤为:根据自由曲面光学元件表面理想形状确定合适的扫描路径和采样频率,编制扫描程序,控制机床X轴、Z轴、旋转主轴和Y轴模块的运动进行自由曲面轮廓扫描,同时锁存各轴的坐标及对应的位移传感器读数,得到自由曲面光学元件表面的点云数据。所述步骤S2中所述合适的扫描路径为以下选项的一种:1)根据X轴、Y轴、Z轴三直线轴形成的空间栅格扫描路径;2)根据任意两直线轴与C轴形成的径向放射线扫描路径;3)C轴持续转动形成的螺旋扫描路径。所述空间栅格扫描路径中,选取X轴、Y轴、Z轴三直线轴中精度最低的直线轴为栅格换行轴,其余两直线轴为轮廓扫描轴。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:本专利技术的自由曲面光学元件在位检测装置,竖直布置于Z轴上方的Y轴模块与X轴、Z轴组成三直线轴实现空间运动,Y轴模块包括滑块和立柱,滑块滑设于立柱上,滑块上设有用于对自由曲面光学元件进行在位测量的位移传感器,合理规划空间栅格扫描路径,实现自由曲面光学元件的在位检测;本专利技术中的Y轴模块结构紧凑,体积小通用性强,可兼容绝大部分超精密车床布局,无需与机床现有运动轴联动,可实现即插即用;本专利技术的装置可实现超精密车削加工过程中自由曲面光学元件的高精度在位检测,得到亚微米量级精度的自由曲面加工误差,为整个工艺过程的误差补偿提供数据。本专利技术的自由曲面光学元件的在位检测方法,在自由曲面轮廓扫描过程中,不要求Y轴模块与机床各轴进行联动控制,只需实时锁存各轴的坐标值和对应的位移传感器的读数,就能得到自由曲面表面的点云数据,而重构出自由曲面光学元件的表面形状。附图说明图1是本专利技术自由曲面光学元件的在位检测装置的立体结构示意图。图2是本专利技术自由曲面光学元件的在位检测装置的另一视角立体结构示意图。图3是本专利技术Y轴模块的立体结构示意图。图4是本专利技术Y轴模块的主视图。图5是本专利技术Y轴模块的侧视图。图6是本专利技术Y轴模块的俯视图。图7是本专利技术Y轴模块的另一视觉立体结构示意图(移除部分驱动安装板)。图8是本专利技术光栅结构的立体结构示意图。图例说明:1、Y轴模块;11、滑块;12、传感器安装板;121、传感器固定件;13、光栅结构;131、光栅尺;132、读数头转接板;133、光栅读数头;14、驱动安装板;141、上固定座;142、上连接块;143、下固定座;15、调整楔块;16、立柱;161、通槽;17、驱动机构;170、同步带连接板;171、驱动电机;172、减速器;173、联轴器;174、同步带轮轴;175、上轴承固定单元;176、上同步带轮;177、同步皮带;178、下同步带轮;179、下轴承固定单元;18、底板;19、防挡块;2、旋转主轴;21、主电机;22、主支撑;23、元件夹具;24、电机座;25、定位板;3、自由曲面光学元件;4、车刀;5、位移传感器;6、溜板;7、Z轴;8、X轴;9、机架座。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述。如图1至8所示,本专利技术的一种自由曲面光学元件的在位检测装置,包括旋转主轴2、Z轴7、X轴8以及竖直布置于Z轴7上方的Y轴模块1,旋转主轴2水平设置于X轴8的上方并与Z轴7平行,旋转主轴2上夹持有自由曲面光学元件3,Y轴模块1包括滑块11和立柱16,滑块11滑设于立柱16上,滑块11上设有用于对自由曲面光学元件3进行在位测量的位移传感器5。竖直布置于Z轴7上方的Y轴模块1与X轴8、Z轴7组成三直线轴实现空间运动,Y轴模块1包括滑块11、立柱和驱动机构,滑块11滑设于立柱16上,滑块11上设有用于对自由曲面光学元件3进行在位测量的位移传感器5,合理规划空间栅格扫描路径,实现自由曲面光学元件3的在位检测,本专利技术中的Y轴模块1结构紧凑,可兼容绝大部分超精密车床布局,无需与机床现有运动轴联动,可实现即插即用。本实施例中,旋转主轴2、Z轴7、X轴8以及Y轴模块1均设置与超精密车床的机架座9上。Y轴模块1还包括驱动机构17,驱动机构17与滑块11连接并驱动滑块11在立柱16上移动。驱动机构17包括驱动电机171、上同步带轮176、下同步带轮178以及用于连接上同步带轮176和下同步带轮178的同步皮带177,上同步带轮176与驱动电机171连接,同步皮带177上设有同步带连接板170,同步带连接板170固定于滑块11上。滑块11在靠近自由曲面光学元件3方向处设有传感器安装板12,位移传感器5通过传感本文档来自技高网...
自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法

【技术保护点】
一种自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,包括旋转主轴(2)、Z轴(7)、X轴(8)以及竖直布置于所述Z轴(7)上方的Y轴模块(1),所述旋转主轴(2)水平设置于X轴(8)的上方并与所述Z轴(7)平行,旋转主轴(2)上夹持有自由曲面光学元件(3),所述Y轴模块(1)包括滑块(11)和立柱(16),所述滑块(11)滑设于所述立柱(16)上,所述滑块(11)上设有用于对所述自由曲面光学元件(3)进行在位测量的位移传感器(5)。

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,包括旋转主轴(2)、Z轴(7)、X轴(8)以及竖直布置于所述Z轴(7)上方的Y轴模块(1),所述旋转主轴(2)水平设置于X轴(8)的上方并与所述Z轴(7)平行,旋转主轴(2)上夹持有自由曲面光学元件(3),所述Y轴模块(1)包括滑块(11)和立柱(16),所述滑块(11)滑设于所述立柱(16)上,所述滑块(11)上设有用于对所述自由曲面光学元件(3)进行在位测量的位移传感器(5)。2.根据权利要求1所述的自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,所述Y轴模块(1)还包括驱动机构(17),所述驱动机构(17)与所述滑块(11)连接并驱动所述滑块(11)在所述立柱(16)上移动。3.根据权利要求2所述的自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,所述滑块(11)在靠近自由曲面光学元件(3)方向处设有传感器安装板(12),所述位移传感器(5)通过所述传感器安装板(12)固定于所述滑块(11)上。4.根据权利要求3所述的自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,所述Z轴(7)上设有溜板(6),所述Y轴模块(1)底部设有用于调整Y轴模块(1)位置的调整楔块(15),所述调整楔块(15)位于溜板(6)上方。5.根据权利要求1至4任一项所述的自由曲面光学元件的在位检测装置,其特征在于,所述驱动机构(17)包括驱动电机(171)、上同步带轮(176)、下同步带轮(178)以及用于连接所述上同步带轮(176)和所述下同步带轮(178)的同步皮带(177),所述上同步带轮(176)与所述驱动电机(171)连接,所述同步皮带(177)上设有同步带连接板(170),所述同步带连接板(170)固定于所述滑块(11)上。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员:铁贵鹏彭小强戴一帆关朝亮陈善勇王贵林
申请(专利权)人:中国人民解放军国防科学技术大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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