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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106514456A(43)申请公布日2017.03.22(21)申请号201610936000.1(22)申请日2016.11.01(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人赵维谦邱丽荣马飞(51)Int.Cl.B24B13/06(2006.01)B24B49/12(2006.01)B24B49/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称大口径非球面轮廓加工检测一体化装置与方法(57)摘要本发明属于光学精密测试、精密加工技术领域,涉及一种大口径精密非球面加工检测装置与方法,可用于精密光学系统中大型高精度非球面元件面形的检测与加工。本发明基于直线/回转基准技术等,通过将加工设备的功能与检测设备的功能相融合,实现了基于精密气浮回转中心的集加工和检测功能于一体的大口径非球面元件的高精度加工检测。本发明利用研抛关键臂,依据设定的工艺加工参数对工件进行反复研抛,然后利用测量臂上的传感测量系统对被研抛工作表面的轮廓参数直接进行检测,计算机测量控制系统依据测得轮廓数据来确定研抛关键臂的加工路径和研磨量,进而提高大口径非球面元件的加工效率和精度。CN106514456ACN106514456A权利要求书1/2页1.一种大口径非球面轮廓加工检测一体化装置,其特征在于:包括基座(1)、精密直线气浮导轨系统(2)、精密气浮回转工作台(3)、直线气浮导轨系统运动误差激光监测系统(4)、气浮工作台调整系统(11)、传感测量系统(5)、直线运动误差探测模块(6)和研抛关节臂(7);其中,精密直线气浮导轨系统(2)、精密气浮回转工作台(3)、直线气浮导轨系统运动误差激光监测系统(4)、研抛关节臂(7)固定在基座(1)上,非球面元件(10)同轴放置于精密气浮回转工作台(3)上;精密直线气浮导轨系统(2)位于精密气浮回转工作台(3)一侧的下方;直线气浮导轨系统运动误差激光监测系统(4)与精密直线气浮导轨系统(2)平行放置,其直线运动误差探测模块(6)与传感测量系统(5)固结在一起,随传感测量系统(5)一起运动;传感测量系统(5)固定在和精密直线气浮导轨系统(2)的轴套(8)相连的横向测量臂(9)上,并可随轴套(8)作一维直线运动,运动过程中传感测量系统(5)与精密直线气浮导轨系统(2)的运动方向垂直。2.一种大口径非球面轮廓加工检测一体化方法,其特征在于:利用研抛关节臂(7)依据设定的工艺加工参数对置于精密气浮回转工作台(3)上的非球面元件(10)进行反复研抛;利用传感测量系统(5)对非球面元件(10)工作表面进行扫描检测,在扫描的同时利用直线气浮导轨系统运动误差激光监测系统(4)分离、补偿精密直线气浮导轨系统(2)的直线运动误差,实现纳米级的直线扫描运动,得到非球面元件(10)沿母线方向(15)上的轮廓;计算机研抛测量控制系统(12)控制精密气浮回转工作台(3)转动不同的角度,实现非球面元件(10)面形轮廓的高精度检测;计算机研抛测量控制系统(12)依据测得轮廓数据来确定研抛关节臂(7)的加工路径和研磨量,进而实现非球面元件(10)的高精度轮廓一体化加工检测。3.根据权利要求2所述的一种大口径非球面轮廓加工检测一体化方法,其特征在于:实现非球面元件(10)轮廓的高精度测试加工的特征包括以下步骤:步骤一:驱动精密气浮回转工作台(3)进行回转运动,利用传感测量系统(5)对精密气浮回转工作台(3)的工作表面轮廓进行测量,得到精密气浮回转工作台(3)的位姿参数,调整气浮工作台调整系统(11)使精密气浮回转工作台(3)的台面无倾斜;步骤二:将非球面元件(10)置于精密气浮回转工作台(3)上,计算机研抛测量控制系统(12)驱动精密气浮回转工作台(3)进行回转运动,由固定在和精密直线气浮导轨系统(2)的轴套(8)相连的垂直测量臂(13)上的径向传感系统(14)对非球面元件(10)的径向轮廓进行检测,依据测量结果调整非球面元件(10)位置使其与精密气浮回转工作台(3)同轴放置;步骤三:精密直线气浮导轨系统(2)作一维扫描运动,传感测量系统(5)对非球面元件(10)进行一维扫描测量,测得非球面元件(10)在此一维方向上的轮廓信息;精密直线气浮导轨系统(2)在一维扫描运动过程中,其直线运动误差由直线气浮导轨系统运动误差激光监测系统(4)监测,计算机研抛测量控制系统(12)依据监测数据分离、补偿精密直线气浮导轨系统(2)的直线运动误差,实现纳米级的直线扫描运动,得到非球面元件(10)沿一条母线方向(15)上的轮廓;步骤四:计算机研抛测量控制系统(12)依据规划的扫描路径控制精密气浮回转工作台(3)旋转一个设定角度;步骤五:重复步骤三