[发明专利]一种工件面形测量系统及方法

说明书

本发明实施例提供了一种工件面形测量系统及方法，电容传感器测量稳定性高，可以很好实现线性测量而无需对数据进行复杂的线性校正；镜面油污等杂质对电容传感器没有影响，不会影响测量结果，同时，电容传感器工作表面是圆形区域，具有一定的采样面积，可以均化一次采样区域内局部大偏离误差，使得测量结果中的偶发高点降低，获得合理的面形峰谷值，因此非常有利于面形误差测量。

技术领域

本发明涉及空间光学系统先进制造技术领域，具体涉及一种工件面形测量系统及方法。

背景技术

超精密车削是一种高效率的光学元件加工方法，能够同时获得纳米级表面粗糙度和亚微米级别的面形精度。一般而言，超精密车削后的光学元件可以直接满足红外波段元件的使用要求。但超精密车削的光学元件还无法满足可见光波段光学元件的面形要求。特别是对于口径大或径厚比大的反射镜，由于机床导轨误差、加工中热变形、装卡应力等因素会引入较大的面形误差。

单点金刚石车床配备的在位检测系统以接触式球形探头为主，精度差、测量效率低，而且容易划伤元件表面。同时，铝合金反射镜表面很软，测头的压力使镜面产生弹性变形，从而引入测量误差。中国专利CN205580399U提出了激光三维扫描的测量方法，该方法虽然可以实现非接触测量，但是超精密车削表面存在油污等杂质时将对激光产生干扰，同时激光在反射镜面的散射也会引入测量误差。中国专利CN102305601A提出了采用光栅投影装置对被测物体表面投影正弦光栅条纹，由图像采集装置获取经被测物体表面调制的变形条纹图，进而恢复出被测物体表面三维形貌的方法，但该方法的分辨率不高，仅适用于微米级以上面形误差的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种工件面形测量系统及方法，电容传感器测量稳定性好，可以很好保证测量线性而无需对数据进行复杂的线性校正；镜面的油污等杂质对电容传感器没有影响，不会影响测量结果，同时，电容传感器工作表面是圆形区域，具有一定的采样面积，可以均化一次采样区域内局部大偏离误差，使得测量结果中的偶发高点降低，获得合理的面形峰谷值，因此非常有利于面形误差测量。

第一方面，本发明提供一种工件面形测量系统，包括电容传感器、与所述电容传感器电连接的数据采集单元、用于调整所述电容传感器位置的调节机构、用于承载工件的主轴承载台，预先规划所述电容传感器的测量轨迹，通过所述调节机构调整所述电容传感器的中心线与所述主轴承载台的轴线重合，在进行测量时，根据所述测量轨迹对所述主轴承载台上的工件进行面形测量。

可选地，还包括精密车床，所述主轴承载台位于所述精密车床上，所述精密车床还具有B轴转台，所述调节机构设置在所述B轴转台上，所述主轴承载台的轴线与所述B轴转台的轴线互相垂直。

可选地，所述调节机构包括柔性卡环和具有三自由度的调节工装，所述电容传感器通过柔性卡环固定在所述调节工装上。

可选地，所述精密车床为多轴联动的正交机床。

可选地，所述电容传感器为具有毫米级直径的电容传感器。

第二方面，本发明提供一种工件面形测量方法，应用于如上述的工件面形测量系统，所述方法包括：

调整电容传感器的中心线与主轴承载台的轴线重合；

根据待测工件的面形进行测量轨迹规划；

配置电容传感器的采样频率及所述主轴承载台的转速；

采集所述待测工件上测量点的Z方向矢高数据；

根据采集到的所述测量点的Z方向矢高数据转化为面形误差分布数据。

可选地，还包括：

利用面形误差数据对所述待测工件进行补偿切削加工。

可选地，所述调整电容传感器的中心线与主轴承载台的轴线重合，包括：