一种超精密大口径非球面轮廓测量机及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种超精密大口径非球面轮廓测量机及其测量方法，解决了现有技术中非球面轮廓测量精度不高的问题。本发明专利技术包括机架，机架下部设有X轴位移装置，X轴位移装置上设有气浮转台，机架上部设有Z轴位移装置和配重机构，配重机构与Z轴位移装置相连接，且Z轴位移装置与气浮转台相对应。本发明专利技术采用极坐标测量方式，XZ轴直线运动配合转台圆周运动，利用高精度测头接触被测工件，快速采集数据，以实现对较大口径的非球面工件（600mm）形状精度和平面工件的轮廓测量，这种测量方式简单易于操作，避免了多维操作测量的误差累积，提高测量精度。

An ultra precision large aperture aspheric profile measuring machine and its measuring method

【技术实现步骤摘要】
一种超精密大口径非球面轮廓测量机及其测量方法
本专利技术涉及轮廓测量装置
，特别是指一种超精密大口径非球面轮廓测量机及其测量方法。
技术介绍
随着航空航天、空间遥感卫星相机、医疗设备、光学设备等高科技领域的飞速发展，对高精度大口径光学非球面元件有极大的需求。非球面器件在各种关键设备中都起着十分重要的作用，现代精密机床设备对零部件的精密度要求极高，相应的对高精密检测技术要求更高对非球面光学镜片的测量则采用非球面测量仪，该测量仪为接触式测量机。然而采用传统的平面、球面测量仪测量非球面，测量精度误差大，操作繁琐。目前，非球面、平面的高精度检测已经成为高精度非球面、平面等光学元件制造中所面临的瓶颈问题之一，尤其对于大口径高精度非球面、平面等光学元件磨削加工阶段和误差补偿方案，其测量精度要求越来越高。因此，提高对大口径非球面、平面测量精度及减小误差具有重要意义，需要一种超精密大口径非球面轮廓测量机。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的不足，本专利技术提出一种超精密大口径非球面轮廓测量机及其测量方法，解决了现有技术中非球面轮廓测量精度不高的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种超精密大口径非球面轮廓测量机，包括机架，所述机架下部设有X轴位移装置，X轴位移装置上设有气浮转台，机架上部设有Z轴位移装置和配重机构，配重机构与Z轴位移装置相连接，且Z轴位移装置与气浮转台相对应。所述机架包括底座和龙门架，龙门架固定在底座上，X轴位移装置设置在底座上，Z轴位移装置和配重机构设置在龙门架上。所述X轴位移装置包括静压导轨和溜板，静压导轨沿X轴方向固定在机架的底座上，溜板位于静压导轨上方且通过X轴直线电机沿静压导轨滑动，溜板的下方设有用于测量移动距离的激光测量仪。所述X轴直线电机的固定端通过枕木连接在底座上，X轴直线电机的移动面通过L型连接板连接在溜板底面；所述激光测量仪固定在溜板的底面，且激光测量仪与固定在底座上的平晶相对应。所述静压导轨包括平行设置的左导轨和右导轨，溜板的底面上设有沿X轴方向设置的两个气浮轴承块，两个气浮轴承块分别位于右导轨的两侧，位于右导轨左侧的气浮轴承块的侧面上设有第一读数头，第一读数头与设置在枕木右侧面上的光栅尺相对应。所述溜板的底面上设有槽口和出气孔，出气孔与气浮轴承块相连通，溜板的一侧沿X轴方向设有进气孔，进气孔与槽口相连通，槽口内设有气浮块，气浮块位于溜板与静压导轨之间。所述气浮转台包括转台底座、外壳体和转台，转台底座固定在X轴位移装置的溜板上，外壳体固定在转台底座上，外壳体内从外向内同轴线设有转台座、固定环座和转子主轴座，转台位于外壳体上方且分别与转台座、转子主轴座连接，转台座的下端设有下台座，固定环座与转台底座固定连接，转子主轴座与设置在转台底座上的Z轴电机的输出端相连接。所述固定环座与转子主轴座之间设有转子和定子，转子与转子主轴座固定连接，定子与固定环座固定连接，转子和定子相对应；所述转台座与固定环座之间设有径向静压块，固定环座和转台底座内均设有相连通的气道，气道的出气端与径向静压块和固定环座的腔室相连通，气道的进气端连接有气管接头。所述Z轴电机通过下盖板固定在转台底座内，下盖板上设有支板，支板上设有第二读数头，转子主轴座的下端设有环形光栅尺，第二读数头与环形光栅尺相对应。所述Z轴位移装置包括Z轴气浮轴承块和长度计，Z轴气浮轴承块固定设置在机架的龙门架上，Z轴气浮轴承块内设有导柱，长度计固定在导柱的下部，导柱与设置在龙门架上的Z轴直线电机相连接。所述配重机构包括重物块、皮带和滑轮组件，滑轮组件固定在龙门架上，皮带的一端与重物块相连接、另一端绕过滑轮组件与导柱相连接。一种超精密大口径非球面轮廓测量机的测量方法，包括如下步骤：S1：将被测工件放置在气浮转台上，根据被测工件具体大小，调整长度计的位置及角度；S2：启动气浮转台和X轴位移装置，气浮转台的转台转动，同时X轴位移装置的X轴直线电机通过溜板带动气浮转台沿X轴运动，将待测工件表面边缘移至长度计正下方；S3：X轴位移装置的X轴运动与气浮转台的圆周运动相组合，使被测工件表面轮廓由最大直径圆开始检测，长度计相对被测工件外轮廓，向被测工件中心移动，检测轨迹为若干个同心圆，实现被测工件全方位测量。在步骤S3中，第一读数头与设置在枕木右侧面上的光栅尺发生相对移动，通过第一读数头读取溜板沿X轴运动距离；溜板通过激光测量仪检测其沿Z轴方向浮动距离；第二读数头与环形光栅尺发生相对转动，通过第二读数头读取转台的转速。本专利技术采用极坐标测量方式，XZ轴直线运动配合转台圆周运动，利用高精度测头接触被测工件，快速采集数据，以实现对较大口径的非球面工件（600mm）形状精度和平面工件的轮廓测量，这种测量方式简单易于操作，避免了多维操作测量的误差累积，提高测量精度。本专利技术易于操作，便于调节，测量精度高，能实现对较大直径的工件检测，尤其对于大口径高精度非球面、平面等光学元件磨削加工阶段和误差补偿方案，运动导轨采用高精度石墨气体静压轴承方式，实现高精度的平稳运动，稳定性好，具有较高的推广价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术整体主视示意图。图2为本专利技术整体侧视示意图。图3为本专利技术X轴位移装置结构示意图。图4为本专利技术溜板结构示意图。图5为本专利技术气浮转台三维结构示意图。图6为本专利技术气浮转台内部侧视示意图。图7为本专利技术气浮转台内部俯视示意图。图8为本专利技术Z轴位移装置结构示意。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和2所示，实施例1，一种超精密大口径非球面轮廓测量机，包括机架1，即所述机架1包括底座11和龙门架12，龙门架12固定在底座11上，X轴位移装置2设置在底座11上，Z轴位移装置4和配重机构5设置在龙门架12上。X轴位移装置2上设有气浮转台3，在X轴位移装置2的作用下气浮转台3沿X轴方向进行直线运动，气浮转台用于承载被测工件，同时带动其转动。机架1上部设有Z轴位移装置4和配重机构5，配重机构5与Z轴位移装置4相连接，配重机构用于定位Z轴位移装置在Z轴方向上的运动，Z轴位移装置4与气浮转台3相对应其均与后台控制装置相连接，Z轴位移装置通过称量装置检测气浮转台上的被测工件，X轴位移装置配合气浮转台实现被测工件由外轮廓向被测工件中心移动检测，实现被测工件全方位测量，提高测量精度。优选地，如图3所示，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超精密大口径非球面轮廓测量机，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）下部设有X轴位移装置（2），X轴位移装置（2）上设有气浮转台（3），机架（1）上部设有Z轴位移装置（4）和配重机构（5），配重机构（5）与Z轴位移装置（4）相连接，且Z轴位移装置（4）与气浮转台（3）相对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种超精密大口径非球面轮廓测量机，包括机架（1），其特征在于：所述机架（1）下部设有X轴位移装置（2），X轴位移装置（2）上设有气浮转台（3），机架（1）上部设有Z轴位移装置（4）和配重机构（5），配重机构（5）与Z轴位移装置（4）相连接，且Z轴位移装置（4）与气浮转台（3）相对应。


2.根据权利要求1所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述机架（1）包括底座（11）和龙门架（12），龙门架（12）固定在底座（11）上，X轴位移装置（2）设置在底座（11）上，Z轴位移装置（4）和配重机构（5）设置在龙门架（12）上。


3.根据权利要求1或2所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述X轴位移装置（2）包括静压导轨（22）和溜板（28），静压导轨（22）沿X轴方向固定在机架（1）的底座（11）上，溜板（28）位于静压导轨（22）上方且通过X轴直线电机（21）沿静压导轨（22）滑动，溜板（28）的下方设有用于测量移动距离的激光测量仪（26）。


4.根据权利要求3所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述X轴直线电机（21）的固定端通过枕木（29）连接在底座（11）上，X轴直线电机（21）的移动面通过L型连接板（210）连接在溜板（28）底面；所述激光测量仪（26）固定在溜板（28）的底面，且激光测量仪（26）与固定在底座（11）上的平晶（27）相对应。


5.根据权利要求4所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述静压导轨（22）包括平行设置的左导轨和右导轨，溜板（28）的底面上设有沿X轴方向设置的两个气浮轴承块（24），两个气浮轴承块（24）分别位于右导轨的两侧，位于右导轨左侧的气浮轴承块（24）的侧面上设有第一读数头（25），第一读数头（25）与设置在枕木（29）右侧面上的光栅尺相对应。


6.根据权利要求5所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述溜板（28）的底面上设有槽口（28-3）和出气孔（28-2），出气孔（28-2）与气浮轴承块（24）相连通，溜板（28）的一侧沿X轴方向设有进气孔（28-1），进气孔（28-1）与槽口（28-3）相连通，槽口（28-3）内设有气浮块（23），气浮块（23）位于溜板（28）与静压导轨（22）之间。


7.根据权利要求1或3或6所述的超精密大口径非球面轮廓测量机，其特征在于：所述气浮转台（3）包括转台底座（311）、外壳体（308）和转台（301），转台底座（311）固定在X轴位移装置（2）的溜板（28）上，外壳体（308）固定在转台底座（311）上，外壳体（308）内从外向内同轴线设有转台座（302）、固定环座（306）和转子主轴座（304），转台（301）位于外壳体（308）上方且分别与转台座（302）、转子主轴座（304）连接，转台座（302）的下端设有下台座（310），固定环座（306）与转台底座（311）固定连接，转子主轴座（304）与设置在转台底座（311）上的Z轴电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：席建普，张来邦，李彬，梁颖，杨清，刘同士，李亚东，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41