[发明专利]自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种自由曲面光学元件的在位检测装置，其特征在于，包括旋转主轴（2）、Z轴（7）、X轴（8）以及竖直布置于所述Z轴（7）上方的Y轴模块（1），所述旋转主轴（2）水平设置于X轴（8）的上方并与所述Z轴（7）平行，旋转主轴（2）上夹持有自由曲面光学元件（3），所述Y轴模块（1）包括滑块（11）和立柱（16），所述滑块（11）滑设于所述立柱（16）上，所述滑块（11）上设有用于对所述自由曲面光学元件（3）进行在位测量的位移传感器（5）；所述Y轴模块（1）还包括驱动机构（17），所述驱动机构（17）与所述滑块（11）连接并驱动所述滑块（11）在所述立柱（16）上移动；

所述驱动机构（17）包括驱动电机（171）、上同步带轮（176）、下同步带轮（178）以及用于连接所述上同步带轮（176）和所述下同步带轮（178）的同步皮带（177），所述上同步带轮（176）与所述驱动电机（171）连接，所述同步皮带（177）上设有同步带连接板（170），所述同步带连接板（170）固定于所述滑块（11）上。

2.根据权利要求1所述的自由曲面光学元件的在位检测装置，其特征在于，所述滑块（11）在靠近自由曲面光学元件（3）方向处设有传感器安装板（12），所述位移传感器（5）通过所述传感器安装板（12）固定于所述滑块（11）上。

3.根据权利要求2所述的自由曲面光学元件的在位检测装置，其特征在于，

所述Z轴（7）上设有溜板（6），所述Y轴模块（1）底部设有用于调整Y轴模块（1）位置的调整楔块（15），所述调整楔块（15）位于溜板（6）上方。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自由曲面光学元件的在位检测装置，其特征在于，

所述Y轴模块（1）还包括底板（18）和竖直安装于底板（18）上的驱动安装板（14），所述驱动安装板（14）还设有上固定座（141）和下固定座（143），所述驱动机构（17）的上同步带轮（176）和下同步带轮（178）分别通过上固定座（141）和下固定座（143）与驱动安装板（14）连接。

5.一种根据权利要求1至4中任一项自由曲面光学元件的在位检测装置的在位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过调整调整楔块（15）将Y轴模块（1）调整至与机床原有直线轴X轴（8）、Z轴（7）正交；

S2、确定合适的扫描路径进行自由曲面轮廓扫描，同时锁存各轴的坐标及对应的位移传感器（5）读数，得到自由曲面光学元件（3）表面的点云数据；

S3、将测得的点云数据与自由曲面光学元件（3）的理想轮廓形状进行匹配，得到自由曲面光学元件（3）的在位测量误差；

所述步骤S2的具体步骤为：

根据自由曲面光学元件（3）表面理想形状确定合适的扫描路径和采样频率，编制扫描程序，控制机床X轴（8）、Z轴（7）、旋转主轴（2）和Y轴模块（1）的运动进行自由曲面轮廓扫描，同时锁存各轴的坐标及对应的位移传感器（5）读数，得到自由曲面光学元件（3）表面的点云数据。

6.根据权利要求5所述的在位检测方法，其特征在于，

所述步骤S2中所述合适的扫描路径为以下选项的一种：

1）根据X轴、Y轴、Z轴三直线轴形成的空间栅格扫描路径；

2）根据任意两直线轴与C轴形成的径向放射线扫描路径；

3）C轴持续转动形成的螺旋扫描路径。

7.根据权利要求6所述的在位检测方法，其特征在于，所述空间栅格扫描路径中，选取X轴、Y轴、Z轴三直线轴中精度最低的直线轴为栅格换行轴，其余两直线轴为轮廓扫描轴。