一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，利用机械臂牵引气浮靶标通过激光跟踪仪在位测量光学元件面形

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法


[0001]本专利技术属于检测领域，具体涉及一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法
。

技术介绍

[0002]大口径光学元件在各阶段都会有对应的检测手段，大口径光学元件在细磨阶段，镜面面形精度及表面粗糙稍差，因此该加工阶段主要为接触测量的方式进行控制
。
传统测量设备主要为红外干涉仪
、
摆臂轮廓仪
、
三坐标测量机；为提高大口径光学元件研制效率，降低镜面接触测量划伤风险，国内有研究和应用激光跟踪仪在位非接触测量大口径光学元件面形的相关技术
。
[0003]采用激光跟踪仪在位非接触检测大口径光学元件面形方式为：将激光跟踪仪置于待测面顶点曲率半径位置处，操作人员利用牵引杆将合作靶标球形角锥镜与待测面接触，通过对气浮靶标输入气压，移动球形角锥镜扫描测量光学元件表面获取整个表面的轮廓坐标信息，再对所获取测量点坐标进行半径补偿，计算分析获得面形误差
。
该方法接触力较小，在提高检测效率的同时解决了靶球接触划伤镜面的风险
。
[0004]但是上述方法在大口径面形的在位测量中，需要人员进行靶标牵引，因此牵引路径与施加力不可控，测量路径重复性差，影响镜面面形局部高低频分析；为此基于激光跟踪仪测量法需要一种在位的靶标牵引方式
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述不足，提供了一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的一种方法
。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形方法，按以下步骤实现：
[0007]步骤一，将激光跟踪仪固定于第一机械臂上，通过第一机械臂将激光跟踪仪延伸到光学元件镜面上方；
[0008]步骤二，将气浮靶标固定于第二机械臂上，带动气浮靶标按规划路径在镜面上滑动；
[0009]步骤三，激光跟踪仪采集气浮靶标中心点坐标；
[0010]步骤四，激光跟踪仪采集被测光学元件几何参数，建立工件坐标系；
[0011]步骤五，拟合测量数据分析面形图，使用第二机械臂结合磨头进行加工；
[0012]步骤六，重复二到五步骤，直至被测镜面细磨阶段面形达到技术要求
。
[0013]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0014](1)
本专利技术利用机械臂进行牵引，可编程规划路径和按路径牵引测量，提高测量重复性，便于加工前后分析面形高低频趋势，利于加工准确性；
[0015](2)
自动化牵引，牵引力恒定，有效降低人员操作误差与粗大误差，提高测量准确性；
[0016](3)
可根据不同工况调节牵引速度，提高检测效率，有效降低产品研制周期；
[0017](4)
本专利技术利用加工机械臂牵引靶标方法简单，易实现
。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的一种方法流程图；
[0019]图2为本专利技术一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的一种方法安装图；
[0020]图3为本专利技术一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的一种方法检测图
。
具体实施方式
[0021]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术
。
[0022]本实施方式的一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，如图1所示，按以下步骤实现：
[0023]步骤一，如图2所示将激光跟踪仪固定于第一机械臂1上，通过第一机械臂将激光跟踪仪2延伸到光学元件3的镜面4上方；
[0024]其中，激光跟踪仪2在地面需完成系统全校准，校准结果并符合使用要求，避免带入设备系统误差；
[0025]其中，如图2所示激光跟踪仪2固定于第一机械臂1的转接板上，控制第一机械臂1离被测镜面高
6m
位置；第一机械臂1可根据被测镜面4的口径大小
、
放置位置灵活调整激光跟踪仪2的激光头的高度位置和姿态变化，同时激光跟踪仪2的固定位置也可根据现场工况，安装在可移动或固定的其它机构上；
[0026]其中，激光跟踪仪2位置固定后，关掉第一机械臂1控制电源
、
气源，待状态稳定1小时后即可开始测量
。
[0027]步骤二，将气浮靶标5固定于第二机械臂6上，带动气浮靶标5按规划路径在镜面4上滑动；
[0028]其中，第二机械臂6牵引气浮靶标5滑动速度为
0.05m/s
，移动顺序按横向歩距点来回运行；
[0029]其中，第二机械臂6系统可根据被测镜面模型编程，并装上保护测头实施程序模拟测量；
[0030]其中，第二机械臂6移动轨迹可根据测量元件的形状变更，圆形镜面也可按环形歩距点运行正方形镜面可按网格歩距点运行；
[0031]步骤三，激光跟踪仪2采集气浮靶标5中心点坐标；
[0032]其中，如图3所示激光跟踪仪2采集方式为自动扫描测量模式，测量点间距为
5mm
，采样频率
50Hz
；
[0033]步骤四，激光跟踪仪2采集被测光学元件3几何参数，建立笛卡尔工件坐标系；
[0034]其中，如图3所示激光跟踪仪2单点采集光学元件3环口平面8个测量点并拟合平面，采集光学元件3外圆
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点拟合中心点，采集固定靶标点并与外圆中心构造方向直线，通过光学元件3环口平面确定
+Z
，方向直线确定
+X
，外圆中心点确定原点建立笛卡尔工件坐标系
。
[0035]步骤五，拟合测量数据分析面形图，使用第二机械臂6结合磨头进行加工；
[0036]其中，激光跟踪仪2采集轮廓点在工件坐标系下拟合分析面形，并导入第二机械臂6的控制系统中，通过第二机械臂6更换磨头按照面形图实施修形；
[0037]步骤六，重复二到五步骤，直至被测镜面4细磨阶段面形达到技术要求；
[0038]其中，被测镜面4返工后，通过激光跟踪仪2测量基准平面
、
原点
、
基准轴建工件坐标，即可运行机械臂与激光跟踪仪测量程序，使其检测与加工配合直至被测镜面4面形达到技术要求
。
[0039]本专利技术中涉及到的本领域公知技术未详细阐述
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一，将激光跟踪仪固定于第一机械臂上，通过第一机械臂将激光跟踪仪延伸到光学元件镜面上方；步骤二，将气浮靶标固定于第二机械臂上，带动气浮靶标按规划路径在镜面上滑动；步骤三，激光跟踪仪采集气浮靶标中心点坐标；步骤四，激光跟踪仪采集被测光学元件几何参数，建立工件坐标系；步骤五，拟合测量数据分析面形图，使用第二机械臂结合磨头进行加工；步骤六，重复二到五步骤，直至被测镜面细磨阶段面形达到技术要求
。2.
根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，其特征在于：步骤一中激光跟踪仪横向固定安装到第一机械臂上，通过第一机械臂延伸到光学元件镜面顶部，高度为
6m
‑
10m
之间，激光跟踪仪的激光头光束垂直于光学元件镜面中心，光学镜面底部有重力卸载支撑
。3.
根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，其特征在于：步骤一中第一机械臂可根据被测镜面的口径大小
、
放置位置灵活调整激光头的高度位置和姿态变化
。4.
根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测量光学元件面形的方法，其特征在于：步骤二中所述第二机械臂牵引气浮靶标滑动速度为
0.05m/s
，移动顺序按横向歩距点来回运行
。5.
根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪仪结合机械臂在位测...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，罗平，陈希瑞，彭仕妹，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：