[发明专利]一种非球面光学元件的面形检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及改进的光学元件磨削系统，具体来说一种非球面光学元件的面形检测系统。

背景技术

非球面光学元件的检测，是制约非球面光学元件技术发展和应用的主要问题，其表现为加工、检测工艺装备技术落后，目前国内的中大口径非球面抛光加工的精度和效率接近发达国家同期水平，但是由于没有抛光前序的高效精密磨削成型技术和快速表面抛亮技术支持，致使非球面光学元件的加工无法形成一套完整的工艺技术，同时给最终的精密抛光加工留有相当大的加工余量，增加了抛光加工的工作量，制约了中大口径非球面加工技术的推广应用，超精密加工技术是从二十世纪六十年代发展起来的加工方法，其最大的特点是在综合应用机械发展的新成就(新型轴承、导轨、传动装置、微位移技术等)，以及现代电子、测量、计算机等新技术的基础上大幅度提高机械加工的精度和水平，向机械加工精度的极限——纳米级水平挑战，是机电一体化的结晶，目前己成为机械加工技术发展的重要方向之一，现代机械工业之所以提高加工精度，主要原因在于提高精度可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性，从某种意义上讲，超精密加工技术担负着支持最新科学技术进步的重要使命，是一个国家的战略性技术之一。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种非球面光学元件的面形检测系统，内容是根据轨迹成形法加工大口径非球面光学元件的原理，具体做以下几个方面的工作：

1、在对光学元件补偿加工之前，要对一次加工后的工件的面形进行精密的测量，测量结果经过数据处理后用来指导补偿加工，需要反复经过“加工-检测-再加工-再检测”才能达到精磨阶段加工精度的要求。

2、测量系统采用非接触的PSD传感器，测得工件面形的三维坐标，再根据非球面方程得到理想面形数据并计算出面形误差，该误差数据是离散的，滤除粗大误差后，采用最小二乘法拟合出连续的误差曲线，生成数据文件，用来指导补偿加工。

采用的在线检测与数据处理方案使系统测量范围为30±2mm，测量精度为0.4μm，采用最小二乘曲线拟合方法，当拟合次数达到6次或更高时，数据处理精度可控制在0.2μm以内。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案是：一种非球面光学元件的面形检测系统，其中包括传感器模块、机床脉冲模块、接口电路、脉冲计数卡、数据采集模块、工控微机、报警模块；

采用查询方式进行数据采集；

采用在线测量的方式进行测量；

传感器测得的信号经接口电路输送到数据采集卡的采集端口(通道0) 上，等待采集；

机床脉冲信号经接口电路输送到脉冲计数卡，待计数条件满足，脉冲计数卡便送出一个触发信号；

脉冲出发经工控微机送入采集卡的采集端口(通道15)上，通知数据采集卡进行数据采集；

所选的，传感器为非接触式激光位移传感器PSD。

所选的，PSD激光位移测量方法为：

(1)选择传感器对非球面工件面形坐标进行测量；

(2)根据非球面公式计算出面形误差数据；

(3)将测得的误差数据中的粗大误差滤除，并找到合适的替代项；

(4)将误差处理后的数据拟合成一条叠加于轴对称非球面母线上的误差连续曲线，提供补偿加工所需补偿误差数据。

所选的，PSD激光位移检测精度为工件主轴精度0.1μm，砂轮轴精度 0.1μm，X轴﹑Y轴移动导轨直线度均为0.3μm/300mm，砂轮回转轴精度 0.1μm，数控系统分辨率为5nm。

所选的，脉冲计数卡的计数方式基于8254芯片，机床脉冲信号送入计数卡作为其CLK信号，计数卡的输出信号作为采集控制信号经工控微机送入采集卡的15通道，此信号还可用来确定工件或砂轮的x轴坐标，同时将 x轴驱动脉冲输送到脉冲计数卡，避免发生漏采﹑误采﹑重复采。

所选的，数据采集模块采用16位多用途数据采集卡PCL816。

所选的，系统采用其中的两个通道，通道0和通道15，所需要的测量信号经通道0送入采集卡，采集控制信号经通道15送入采集卡。

所选的，机床脉冲信号既用来实现插补，又用来驱动检测臂。

所选的，报警模块包括系统报警和用户报警。

所选的，所述系统报警和操作信息由NC自动完成。

所选的，所述用户报警对机床的操作和状态进行监控。

本发明非球面光学元件的面形检测系统的实现，提高了测量精度，可以大幅度提高产品的性能和质量，促进产品的小型化，增强零件的互换性。