一种零阿贝误差结构的在位测量方法、系统和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种零阿贝误差结构的在位测量方法、系统和装置，本发明专利技术装置包括工件支撑台、测量框架和运动系统，运动系统的运动末端分别固定设有工件传感器、Z位移传感器和X位移传感器，Z位移传感器发出的激光光束方向沿竖直方向布置、X位移传感器发出的激光光束方向沿水平方向布置，Z位移传感器和X位移传感器两者均为激光干涉仪，测量框架上分别设有与Z位移传感器相对布置的Z基准平晶、与X位移传感器相对布置的X基准平晶。本发明专利技术能够实现大口径复杂曲面的高精度测量，测量过程简单，测量结果可靠，测量精度高，可方便对大口径复杂曲面高精度、高效的制造。高效的制造。高效的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种零阿贝误差结构的在位测量方法、系统和装置


[0001]本专利技术涉及机床研制过程中高精度在位测量技术，具体涉及一种零阿贝误差结构的在位测量方法、系统和装置。

技术介绍

[0002]光学元件的表面加工精度通常采用面形误差、表面粗糙度、表面疵病等级(或光洁度)等指标来进行表征。传统光学元件检测一般采用离线方式进行，因为光学检测精度要求高、环境影响大，一般在加工装备的环境中无法满足要求，因此采用离线方法进行光学元件检测。但是，在大口径光学元件加工中，离线检测将大大增加光学元件制造的辅助时间，降低整个光学元件制造效率，因此需要研究光学元件的在位检测方法。光学元件的面形误差检测主要分为两个阶段，在进入波面检测之前，一般采用在位坐标轮廓扫面检测方法。由于测量机关键部件制造精度的限制测量机结构设计与装配等原因，阿贝误差会随着测量范围的扩大而变大，严重影响测量精度。因此，阿贝误差已经成为制约高精度测量机测量精度的一项重要误差，在微小范围的纳米测量机中，阿贝误差得到了充分的抑制，通过优化设计结构，使得阿贝臂长(Abbe offset)近似为零。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种零阿贝误差结构的在位测量方法、系统和装置，本专利技术能够实现大口径复杂曲面的高精度测量，测量过程简单，测量结果可靠，测量精度高，可方便对大口径复杂曲面高精度、高效的制造。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种零阿贝误差结构的在位测量装置，包括工件支撑台、测量框架和运动系统，所述工件支撑台用于固定被测量的工件，所述测量框架和运动系统设于工件支撑台的一侧，所述运动系统的运动末端分别固定设有工件传感器、Z位移传感器和X位移传感器，所述Z位移传感器发出的激光光束方向沿竖直方向布置、X位移传感器发出的激光光束方向沿水平方向布置，所述Z位移传感器和X位移传感器两者均为激光干涉仪，所述测量框架上分别设有与Z位移传感器相对布置的Z基准平晶、与X位移传感器相对布置的X基准平晶。
[0006]可选地，所述工件支撑台上设有相互连接的回转平台和两维平移平台，所述回转平台或两维平移平台上设有用于固定被测量的工件的夹具。
[0007]可选地，所述测量框架包括相互正交布置的水平梁和垂直梁，所述水平梁和垂直梁均为刚性结构且相互连接固定，并通过垂直梁与工件支撑台固定连接，所述Z基准平晶安装在水平梁底部，所述X基准平晶安装在垂直梁内侧。
[0008]可选地，所述工件传感器的一侧设有固定框架，所述Z位移传感器和X位移传感器分别安装在固定框架上，且工件传感器位于Z位移传感器和X位移传感器所发出激光光束的激光光路交点上。
[0009]可选地，所述运动系统为机械臂运动系统、超精密车削机床、研磨机床或抛光机
床。
[0010]可选地，所述工件支撑台的一侧还设有另一个运动系统，所述运动系统上安装有用于对被测量的工件进行光学加工的加工组件，所述加工包括打磨、修形和抛光中的至少一种工序。
[0011]此外，本专利技术还提供一种零阿贝误差结构的在位测量系统，包括在位轮廓坐标测量装置和上位机，所述在位轮廓坐标测量装置为所述零阿贝误差结构的在位测量装置，且其工件传感器、Z位移传感器和X位移传感器的输出端分别与上位机相连，所述运动系统的控制端与上位机相连。
[0012]此外，本专利技术还提供一种所述零阿贝误差结构的在位测量装置的应用方法，包括：
[0013]S101，将工件安装在工件支撑台上；
[0014]S102，对工件进行光学加工，在完成光学加工后跳转S103；
[0015]S103，通过工件支撑台驱动工件转动，同时通过运动系统带动工件传感器随着工件的母线轮廓运动，通过工件传感器采集工件的表面轮廓信息，并通过Z位移传感器和X位移传感器两者的至少一种获得工件传感器的位置信息，并根据获得的工件传感器的位置信息补偿工件传感器的位置信息在线性运动过程中直线度误差。
[0016]优选地，步骤S103中通过运动系统带动工件传感器随着工件的母线轮廓运动时，采用工件的工件旋转轴进行测量，且通过运动系统带动工件传感器随着工件的母线轮廓运动是指在X
‑
Z平面上随着工件的母线轮廓运动。
[0017]优选地，步骤S103中通过运动系统带动工件传感器随着工件的母线轮廓运动时，采用工件的笛卡尔坐标三轴测量进行测量，且通过运动系统带动工件传感器随着工件的母线轮廓运动是指沿着三维轨迹上随着工件的母线轮廓运动。
[0018]和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：
[0019]1、本专利技术将用于固定测量基准(Z基准平晶、X基准平晶)的测量框架、运动系统两者分离、相互独立，使得运动系统带动工件传感器运动的在位测量符合阿贝原则，在提供精确定位的同时使测量结果不受阿贝误差影响(零阿贝误差)，从而实现高精度、大口径的在位轮廓扫描测量。
[0020]2、本专利技术Z位移传感器和X位移传感器两者均为激光干涉仪，可以实现纳米精度位移分辨率，可实现对工件传感器的位置信息在线性运动过程中直线度误差的高精度补偿；工件传感器可采用高精度接触式或者非接触测头，实现高精度工件表面轮廓测量。
[0021]3、本专利技术运动系统的运动末端分别固定设有工件传感器、Z位移传感器和X位移传感器，因此Z位移传感器和X位移传感器两者与工件传感器之间位移保持一致，不产生阿贝臂长，测量过程中不产生阿贝误差，使得测量系统精度的主要几何误差影响为直线度误差，由于测量过程中沿着基准平晶运动，因此可以实现直线度的高精度实时补偿。本专利技术的Z基准平晶、X基准平晶主要起到两方面的作用，一是起到工件传感器的定位作用，二是实现直线度误差补偿的作用。
[0022]4、本专利技术的运动系统适用范围广泛，既可以是所有需要在位测量的机床，机床本身运动系统不仅仅如本专利技术所述的机械臂运动系统，可以是普通线轨机床，如超精密车削机床、研磨机床、抛光机床等，可用于各类工件在位高精度测量或加工。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例装置的一个角度的立体结构示意图。
[0024]图2为本专利技术实施例装置的另一个角度的立体结构示意图。
[0025]图例说明：1、工件支撑台；11、回转平台；12、两维平移平台；2、测量框架；21、Z基准平晶；22、X基准平晶；23、水平梁；24、垂直梁；3、运动系统；31、工件传感器；32、Z位移传感器；33、X位移传感器；34、固定框架。
具体实施方式
[0026]如图1和图2所示，本实施例零阿贝误差结构的在位测量装置包括工件支撑台1、测量框架2和运动系统3，工件支撑台1用于固定被测量的工件，测量框架2和运动系统3设于工件支撑台1的一侧，运动系统3的运动末端分别固定设有工件传感器31、Z位移传感器32和X位移传感器33，Z位移传感器32发出的激光光束方向沿竖直方向(Z方向)布置、X位移传感器33发出的激光光束方向沿水平方向(X方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在于，包括工件支撑台(1)、测量框架(2)和运动系统(3)，所述工件支撑台(1)用于固定被测量的工件，所述测量框架(2)和运动系统(3)设于工件支撑台(1)的一侧，所述运动系统(3)的运动末端分别固定设有工件传感器(31)、Z位移传感器(32)和X位移传感器(33)，所述Z位移传感器(32)发出的激光光束方向沿竖直方向布置、X位移传感器(33)发出的激光光束方向沿水平方向布置，所述Z位移传感器(32)和X位移传感器(33)两者均为激光干涉仪，所述测量框架(2)上分别设有与Z位移传感器(32)相对布置的Z基准平晶(21)、与X位移传感器(33)相对布置的X基准平晶(22)。2.根据权利要求1所述的零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在于，所述工件支撑台(1)上设有相互连接的回转平台(11)和两维平移平台(12)，所述回转平台(11)或两维平移平台(12)上设有用于固定被测量的工件的夹具。3.根据权利要求1所述的零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在于，所述测量框架(2)包括相互正交布置的水平梁(23)和垂直梁(24)，所述水平梁(23)和垂直梁(24)均为刚性结构且相互连接固定，并通过垂直梁(24)与工件支撑台(1)固定连接，所述Z基准平晶(21)安装在水平梁(23)底部，所述X基准平晶(22)安装在垂直梁(24)内侧。4.根据权利要求1所述的零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在于，所述工件传感器(31)的一侧设有固定框架(34)，所述Z位移传感器(32)和X位移传感器(33)分别安装在固定框架(34)上，且工件传感器(31)位于Z位移传感器(32)和X位移传感器(33)所发出激光光束的激光光路交点上。5.根据权利要求1所述的零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在于，所述运动系统(3)为机械臂运动系统、超精密车削机床、研磨机床或抛光机床。6.根据权利要求1所述的零阿贝误差结构的在位测量装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖涛，徐超，彭小强，杜春阳，孙梓洲，刘俊峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：