[发明专利]一种高精度静压导轨形位误差全息检测方法

说明书

技术领域

本发明属于精密制造领域，涉及高精度静压导轨形位误差检测的工艺方法。

背景技术

作为静压轴系的基准部件，静压导轨的制造精度直接决定了系统的运动精度。静压导轨零件不仅要求各表面有高的形状精度，还要求各表面之间有高的平行度和垂直度等位置精度。传统导轨一般选用碳钢或花岗石材质，沿用传统的形位误差机械测量和评价方法，难以实现高精度的制造要求。首先，其形位误差的测量精度受限于坐标测量仪器本身的精度，很难达到微米级以下。其次，测量都是沿母线进行，组成误差网格的密度有限，只能用宏观误差体系加以评价，局部误差定位的功能差，对指导确定性修形加工而言，信息量远远不够。将玻璃、陶瓷、金属等光学材料用作新型静压导轨材料，从而引入光学干涉测量技术和现代光学加工手段，对于提高静压导轨的形位精度具有突破性的意义。

激光干涉测量法基于波面干涉原理，通过合适的测量光路可以使获得被测面的面形分布数据，在一定条件下可以解算出被测面之间的形位误差。干涉测量法可以获得高精度的形位误差全息分布数据，能够直接用于确定性修形加工。

目前较为成熟的光学确定性修形加工手段主要有数控小工具抛光(ComputerControlledPolishing，CCP)和磁流变抛光(MagnetorheologicalFinishing，MRF)等。数控小工具抛光通过柔性抛光垫和不同参数的抛光液组合，可以获得不同的去除效率，通过迭代加工使抛光面形位误差得到收敛。数控小磨头抛光可以消除研磨粗抛后剩余的研磨损伤，并对面形具有光顺效应。磁流变抛光是一种可控柔体抛光，抛光液与镜面接触形成“柔性抛光膜”通过数控的方法使抛光液在镜面上的截流状态保持高度稳定性，具有确定性高，精度高等优点，其确定性高的特点可以带来高的收敛比，特别是在精加工阶段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服静压导轨传统形位误差检测精度不高、数据分辨率不够的不足，提供一种针对光学材质静压导轨的基于波面干涉测量的高精度静压导轨形位误差全息检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高精度静压导轨形位误差全息检测方法，包括以下步骤：

第一步，搭建形位误差光学检测系统；

形位误差光学检测系统包括大调整台、高精度端齿盘、小调整台、高精度三十六棱镜和波面干涉仪，大调整台由台面和3个可调高度的螺纹支撑脚组成，台面由其底部的3个可调节高度的螺纹支撑脚固定支撑，3个可调高度的螺纹支撑脚呈三角形分布，通过调节3个螺纹支撑脚的高度以调整台面的俯仰倾斜角度，所述高精度端齿盘固定在台面上，小调整台固定在高精度端齿盘上，大调整台、高精度端齿盘和小调整台之间由螺钉连接固定，高精度三十六棱镜置于小调整台上。其中，波面干涉仪采用美国ZYGO公司24英寸波面干涉仪。高精度三十六棱镜一组平行面的平行度为0.4″，高精度端齿盘回转精度为0.2″。

第二步，利用高精度三十六棱镜对搭建的形位误差光学检测系统进行校准；

1、首先将大调整台置于波面干涉仪的气浮平台上，正对波面干涉仪的反射镜，然后用内六角螺钉将高精度端齿盘固定在大调整台的相应位置，再将小调整台置于高精度端齿盘的回转平面，并用螺钉固定；高精度三十六棱镜放在小调整台上，选取高精度三十六棱镜的一个侧面正对波面干涉仪上，标记此侧面为1#面，同时按逆时针方向每隔90°依次标记棱镜的2#、3#、4#面；

2、将高精度三十六棱镜的1#面对准波面干涉仪镜头，微调小调整台使反射光斑出现在视场内；

3、将高精度端齿盘旋转180°，使高精度三十六棱镜的3#面对准波面干涉仪，由于高精度端齿盘回转轴线的偏差，此时3#面反射光斑与之前1#面反射光斑分别居于视场上下半部，且与视场中央横线的距离大体一致，慢慢调节大、小调整台俯仰角度并旋转高精度端齿盘，观察1#和3#面反射光斑，使两个光斑均位于中央横线上(如图2所示)；

4、旋转高精度端齿盘使高精度三十六棱镜的2#面正对波面干涉仪镜头，与第3步操作相同，通过调节大、小调整台的俯仰角度使2#面和4#面反射光斑也落在中央横线上；

5、顺次观察四个侧面反射光斑位置，微调小调整台使其落在视场十字线中央。此时校准完毕，高精度端齿盘回转轴线与波面干涉仪光路垂直；取下高精度三十六棱镜。

第三步，对待测导轨进行检测；