基于条纹反射法的金刚石车床在位反射镜面形检测技术研究

发布时间：2020-03-28 20:40

【摘要】：随着现代光学产业的不断发展,高精度光学系统越来越多的被应用在军用、民用及航空航天等领域,光学反射镜作为光学系统中重要的组成部分,其加工质量对系统性能会产生直接影响,因此目前制造业对光学反射镜表面质量的要求也更加严格。超精密金刚石车削技术作为一种高效的超精密加工手段,已在反射镜加工制造领域得到广泛应用,但仍需要依托高精度面形检测技术来保证加工面形的质量,现有的多数高精度测量系统结构复杂,对检测环境要求高,无法在空间有限的超精密车削机床内部实现准确测量,因而对车削反射镜的测量多为中断加工过程后的离线测量,致使加工检测迭代周期长。针对超精密金刚石车削加工过程中缺乏快速有效的面形检测方法的问题,本文提出将具有抗干扰性强、检测结构简单、检测高效等优点的条纹反射法应用于超精密车削机床,实现对超精密车削金属反射镜在位面形检测,缩短加工检测周期,提高车削反射镜加工效率。本文首先通过对条纹反射法检测原理、常用检测结构以及所涉及的关键技术进行研究,选择合适的检测结构作为基础,进行超精密金刚石车削机床条纹反射在位面形检测系统模型设计,并建立解算分析算法,通过光线追迹手段完成了检测系统结构模型可行性及算法准确性验证。在模型与算法正确的基础上,分析了系统不同种类不同大小的位姿标定误差对检测结果的影响,给出检测系统进行测量时的位姿标定需求,为实际检测提供数据参考。之后本文对所用条纹反射检测方法中反射光线及入射光线标定技术进行了详细研究,针对常用激光跟踪仪屏幕点坐标标定方法在金刚石车床内部使用不便易造成标定精度降低的问题,提出了一种基于标准球面镜的显示屏点阵标定法,对该方法的标定原理进行了详细说明,完成了该方法的原理算法的正确性验证,并通过引入标定误差,分析了实际标定中易出现的标定误差对标定精度的影响,验证了标定方法的可行性。最后,根据本实验室现有的条件,本文选择了合适的硬件设备,搭建了实际金刚石车床条纹反射在位面形检测系统,对检测流程进行了详细说明,完成了对口径100mm的凹球面金属反射镜的在位检测实验,最终面形测量精度优于1μm,证明金刚石车床条纹反射在位面形检测系统可行且有效,能够对超精密金刚石车削机床加工过程起到很好的指导作用。
【图文】：

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基于条纹反射法的金刚石车床在位反射镜面形检测技术研究，车削加工镜的反复拆装过程费时费力，使得加工检测迭代周期长，严加工效率，同时也增加了制造成本。因此，若为超精密金刚石车削机床可行的在位面形检测技术，则可实现加工镜不下机床检测，，避免装配误精度损失，提高加工效率，达到加工设备与检测技术相融合的目的。

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基于条纹反射法的金刚石车床在位反射镜面形检测技术研究偏离量，进而给出被检面面形，检测精度可达亚微米量级。但摆臂式轮廓检测在检测前期系统装调复杂，需要严格的将摆臂运动轨迹调整至与被检面相应的最接近球面上，检测结果直接受装调误差的影响。将此设备集成于金刚石车床难以达到高效检测的目的。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O439

【参考文献】