[发明专利]自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种自由曲面光学元件的在位检测装置，包括旋转主轴、Z轴、X轴以及竖直布置于所述Z轴上方的Y轴模块，所述旋转主轴水平设置于X轴的上方并与所述Z轴平行，旋转主轴上夹持有自由曲面光学元件，所述Y轴模块包括滑块和立柱，所述滑块滑设于所述立柱上，所述滑块上设有用于对所述自由曲面光学元件进行在位测量的位移传感器。本发明还提供前述装置的在位检测方法。本发明的装置可实现自由曲面光学元件的高精度在位检测。

技术领域

本发明涉及复杂曲面的超精密检测领域，尤其涉及一种自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法。

背景技术

自由曲面光学元件有利于简化系统结构，减少镜片数量和尺寸，提高成像质量，还能获得许多特殊的光学性能，给新产品的设计带来巨大的潜力。因此，自由曲面光学元件无论在军用、民用领域都有着越来越迫切的需求，如大型天文观测系统、军用光热成像装置、导弹导引系统、数码显示系统、汽车照明系统、眼科医疗系统等。现阶段基于超精密车床的自由曲面光学元件的在位检测主要有两种方式：1.测量待测件的某条径向截线；2.采用螺旋扫描的方式实时跟踪曲面形状进行测量。前者无法实现自由曲面的测量评价，后者存在动态跟踪误差，且需要测头严格对准主轴回转中心，否则造成的误差难以控制，且误差形式和加工误差重合，难以分辨。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的技术问题，提供一种实现超精密车削加工过程中高精度在位检测的自由曲面光学元件的在位检测装置，相应的还提供一种各轴无需联动控制的自由曲面光学元件的在位检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自由曲面光学元件的在位检测装置，包括旋转主轴、Z轴、X轴以及竖直布置于所述Z轴上方的Y轴模块，所述旋转主轴水平设置于X轴的上方并与所述Z轴平行，旋转主轴上夹持有自由曲面光学元件，所述Y轴模块包括滑块和立柱，所述滑块滑设于所述立柱上，所述滑块上设有用于对所述自由曲面光学元件进行在位测量的位移传感器。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述Y轴模块还包括驱动机构，所述驱动机构与所述滑块连接并驱动所述滑块在所述立柱上移动。

所述滑块在靠近自由曲面光学元件方向处设有传感器安装板，所述位移传感器通过所述传感器安装板固定于所述滑块上。

所述Z轴上设有溜板，所述Y轴模块底部设有用于调整Y轴模块位置的调整楔块，所述调整楔块位于溜板上方。

所述驱动机构包括驱动电机、上同步带轮、下同步带轮以及用于连接所述上同步带轮和所述下同步带轮的同步皮带，所述上同步带轮与所述驱动电机连接，所述同步皮带上设有同步带连接板，所述同步带连接板固定于所述滑块上。

所述Y轴模块还包括底板和竖直安装于底板上的驱动安装板，所述驱动安装板还设有上固定座和下固定座，所述驱动机构的上同步带轮和下同步带轮分别通过上固定座和下固定座与驱动安装板连接。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种自由曲面光学元件的在位检测方法，包括以下步骤：

S1、通过调整调整楔块将Y轴模块调整至与机床原有直线轴X轴、Z轴正交；

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读数，得到自由曲面光学元件表面的点云数据；

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

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S2的具体步骤为：