本发明专利技术公开了一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置，属于精密测量技领域。包括隔振平台、大理石基座、精密气浮转台、工件调整台、回转轴基准、X轴直线运动平台、Z轴直线运动平台、测头旋转台、补偿标准球、非接触式光学位移测头、X轴位移参考基准、Z轴位移参考基准、法布里－珀罗干涉位移传感器、主控制器、隔离罩。使用两个直线轴及一个回转轴实现测头沿被测轮廓法向的动态跟随对准，利用非接触式光学位移传感测头进行零件表面轮廓的非接触探测，使用多通道法布里－珀罗干涉位移传感器进行大量程位移及微位移的高精度测量，结合精密气浮转台实现轮廓快速回转扫描，结构简单，实现包括大斜率轮廓在内的精密零件面形的快速高效检测。测。测。
【技术实现步骤摘要】
一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置
[0001]本专利技术涉及精密测量
，具体为一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置。
技术介绍
[0002]精密光学、机械零件在国防、安防、天文、民用消费等领域的应用不断拓展。对于精密零件，几何轮廓往往是核心参数，因此其制造对超精密轮廓测量技术提出了极高的要求。对零件轮廓的高精度测量是改良制造工艺，提高制造精度的关键。在高精度面形轮廓检测领域，光学检测法由于不通用性、检测成本昂贵及效率低下，在使用方面受到了较大的限制。轮廓测量法具有通用性强、自动化程度高的特点，成为近几年研究发展的重点，逐渐在一些高
得到了应用。
[0003]目前主流的超精密轮廓仪实现的方法有三种，一种代表技术为日本松下公司的UA3P，该设备结构与三坐标测量机结构类似，为正交结构，其采用原子力复合测头对被测零件表面进行接触式测量，使用双频激光干涉仪进行X轴、Y轴及Z轴的位移测量。这种测量方式的主要不足之处是：接触式测量效率较低，仪器整体结构较为复杂，难以实现大曲率零件的高精度轮廓测量。第二种代表技术为荷兰TNO公司的Nanomefos系列轮廓仪，仪器为五轴结构，采用差动共焦非接触式位移传感测头进行表面探测，同样使用双频激光干涉测量技术进行X方向、Z方向、测头运动方向及测头回转轴误差的测量，由于在测头上增加了直线运动轴增大了测头量程，增强了设备的动态测量特性，但其光路结构极为复杂，不易于工程实现。第三种代表技术为美国泰勒公司的Luphoscan系列轮廓仪，该仪器为四轴结构，与Nanomefos测量原理类似，沿被测件轮廓法向进行测量，其采用特有专利的多波长干涉位移传感器作为位移及轮廓探测单元，具有结构紧凑的优点，但还是存在结构复杂、难以满足高精度测量的缺点。可见，设计一种结构简单、体积小且具有高精度测量的超精密轮廓仪是非常重要的。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置，用于高速、高效、高精度的超精密光机零件轮廓测量，可实现如平面、球面、非球面等类型光机零件面形轮廓的精密测量。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置，包括隔振平台和设于所述隔振平台上的隔离罩，所述隔离罩内设置有大理石基座，所述大理石基座放置于所述隔振平台上，所述大理石基座包括底座和固定于底座一侧的侧座；
[0006]所述大理石基座的底座上设置有精密气浮转台，所述精密气浮转台的台面上固定回转轴基准，所述回转轴基准为圆环结构，所述回转轴基准与所述精密气浮转台同轴设置，且所述回转轴基准的外径大于所述精密气浮转台的台面直径，所述回转轴基准的上方设置有工件调整台，所述工件调整台的底部穿过回转轴基准的内环连接于所述精密气浮转台，
所述工件调整台具有水平方向的二维平移调整自由度以及二维俯仰调整自由度；
[0007]所述大理石基座的侧座设置有X轴直线运动平台，所述X轴直线运动平台的移动方向垂直于所述精密气浮转台的回转轴，所述X轴直线运动平台上设置有Z轴直线运动平台，所述Z轴直线运动平台的移动方向垂直于所述X轴直线运动平台的移动方向，所述Z轴直线运动平台的移动方向平行于所述精密气浮转台的回转轴，所述Z轴直线运动平台上固定有测头回转台，所述测头回转台的回转轴垂直于所述X轴直线运动平台的移动平面和Z轴直线运动平台的移动平面，所述测头回转台上安装有非接触式光学位移传感测头，所述非接触式光学位移传感测头的测量量程方向的反向延长线经过所述测头回转台的中心，当所述测头回转台及所述X轴直线运动平台均位于零位时，所述非接触式光学位移传感测头的量程过所述精密气浮转台的中心；
[0008]所述Z轴直线运动平台上固定有补偿标准球，所述补偿标准球的球心位于所述测头回转台的旋转轴上，所述补偿标准球与所述非接触式光学位移传感测头的测量量程等高；
[0009]所述大理石基座的底座固定有X轴位移参考基准，所述X轴位移参考基准位于所述精密气浮转台的一侧，所述X轴位移参考基准的参考基准面经过所述精密气浮转台回转轴与X轴直线运动平台运动直线方向所构成的平面且所述X轴位移参考基准的基准面法向与该平面法向垂直；
[0010]所述侧座的顶部固定有Z轴位移参考基准，所述Z轴位移参考基准的参考基准面与所述精密气浮转台的回转轴垂直，所述Z轴位移参考基准的参考基准面设置于经过所述精密气浮转台回转轴与所述X轴直线运动平台运动直线方向所构成的平面；
[0011]还包括法布里－珀罗干涉位移传感器，所述法布里－珀罗干涉位移传感器具有A测头、B测头、C测头、D测头、E测头和F测头，所述A测头设置于所述Z轴直线运动平台上，所述A测头的测量方向平行于所述X轴直线运动平台运动方向并经过所述精密气浮转台回转轴的回转轴及测头回转台回转轴，所述A测头与所述X轴位移参考基准构成干涉腔用于对所述非接触式光学位移传感测头在水平方向上的位移量进行高精度测量；
[0012]所述B测头设置于所述Z轴直线运动平台上并位于所述测头回转台的上方，所述B测头的测量方向平行于所述Z轴直线运动平台的运行方向并过测头回转台的回转轴，所述B测头位于由所述精密气浮转台的回转轴与所述X轴直线运动平台运动直线方向所构成的平面内，所述B测头与所述Z轴位移参考基准构成干涉腔用于对所述非接触式光学位移传感测头在竖直方向上的位移量进行高精度测量；
[0013]所述C测头和D测头均置于所述回转轴基准的下方，所述C测头和D测头均沿X轴方向对心放置且测量方向竖直向上，所述C测头和D测头用于测量所述回转轴基准底部的基准圆环面以实时监测所述精密气浮转台的轴向跳动及晃动误差；
[0014]所述E测头置于底座上并位于所述回转轴基准的一侧，所述E测头的测量方向沿X轴方向设置且过所述精密气浮转台回转轴的中心，所述E测头用于测量所述回转轴基准外圆以实时监测精密气浮转台的径向跳动误差；
[0015]所述F测头置于所述测头回转台上，所述F测头与所述非接触式光学位移传感测头共线且对径放置，所述F测头用于测量所述补偿标准球以监控测量所述测头回转台回转时引入的跳动及晃动误差；
[0016]所述侧座的顶部设置有环境传感器，所述环境传感器用于在测量前对空气环境参数进行精密测量以补偿所述法布里－珀罗干涉位移传感器空气折射率误差。
[0017]在一些实施例中，所述回转轴基准底部圆环面的平面精度加工至亚微米量级，所述回转轴基准的外侧面精度加工至亚微米量级。
[0018]在一些实施例中，所述X轴位移参考基准由光学材料抛光制成且面形误差控制在20nm量级。
[0019]在一些实施例中，所述Z轴位移参考基准由光学材料抛光制成且面形误差控制在20nm量级。
[0020]在一些实施例中，所述非接触式光学位移传感测头选用光谱共焦位移传感测头或白光干涉位移传感测头。
[0021]在一些实施例中，所述法布里－珀罗干涉位移传感器采用光纤导光，并采用二通道测头对所述X轴直线运动平台、Z轴直线运动平本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非接触式超精密轮廓扫描检测装置，其特征在于，包括隔振平台(1)和设于所述隔振平台(1)上的隔离罩(14)，所述隔离罩(14)内设置有大理石基座(2)，所述大理石基座(2)放置于所述隔振平台(1)上，所述大理石基座(2)包括底座和固定于底座一侧的侧座；所述大理石基座(2)的底座上设置有精密气浮转台(3)，所述精密气浮转台(3)的台面上固定回转轴基准(4)，所述回转轴基准(4)为圆环结构，所述回转轴基准(4)与所述精密气浮转台(3)同轴设置，且所述回转轴基准(4)的外径大于所述精密气浮转台(3)的台面直径，所述回转轴基准(4)的上方设置有工件调整台(5)，所述工件调整台(5)的底部穿过回转轴基准(4)的内环连接于所述精密气浮转台(3)，所述工件调整台(5)具有水平方向的二维平移调整自由度以及二维俯仰调整自由度；所述大理石基座(2)的侧座设置有X轴直线运动平台(6)，所述X轴直线运动平台(6)的移动方向垂直于所述精密气浮转台(3)的回转轴，所述X轴直线运动平台(6)上设置有Z轴直线运动平台(7)，所述Z轴直线运动平台(7)的移动方向垂直于所述X轴直线运动平台(6)的移动方向，所述Z轴直线运动平台(7)的移动方向平行于所述精密气浮转台(3)的回转轴，所述Z轴直线运动平台(7)上固定有测头回转台(8)，所述测头回转台(8)的回转轴垂直于所述X轴直线运动平台(6)的移动平面和Z轴直线运动平台(7)的移动平面，所述测头回转台(8)上安装有非接触式光学位移传感测头(9)，所述非接触式光学位移传感测头(9)的测量量程方向的反向延长线经过所述测头回转台(8)的中心，当所述测头回转台(8)及所述X轴直线运动平台(6)均位于零位时，所述非接触式光学位移传感测头(9)的量程过所述精密气浮转台(3)的中心；所述Z轴直线运动平台(7)上固定有补偿标准球(10)，所述补偿标准球(10)的球心位于所述测头回转台(8)的旋转轴上，所述补偿标准球(10)与所述非接触式光学位移传感测头(9)的测量量程等高；所述大理石基座(2)的底座固定有X轴位移参考基准(13)，所述X轴位移参考基准(13)位于所述精密气浮转台(3)的一侧，所述X轴位移参考基准(13)的参考基准面经过所述精密气浮转台(3)回转轴与X轴直线运动平台(6)运动直线方向所构成的平面且所述X轴位移参考基准(13)的基准面法向与该平面法向垂直；所述侧座的顶部固定有Z轴位移参考基准(11)，所述Z轴位移参考基准(11)的参考基准面与所述精密气浮转台(3)的回转轴垂直，所述Z轴位移参考基准(11)的参考基准面设置于经过所述精密气浮转台(3)回转轴与所述X轴直线运动平台(6)运动直线方向所构成的平面；还包括法布里－珀罗干涉位移传感器(16)，所述法布里－珀罗干涉位移传感器(16)具有A测头(18)、B测头(19)、C测头(20)、D测头(21)、E测头(22)和F测头(23)，所述A测头(18)设置于所述Z轴直线运...
【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，
申请(专利权)人：成都特密思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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