CN103322939B - 环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置 - Google Patents
环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，构成包括液压升降平台系统、反射镜系统、扩束镜系统和主干涉系统。本发明用于测量环形抛光机蜡盘面形，具有装置集成化、测量方便、测量快速、准确和在线实时测量的特点。
Description
技术领域
本发明涉及抛光机蜡盘面形的测量，特别是一种环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置。本发明用于测量环形抛光机蜡盘面形，具有装置集成化、测量方便、测量快速、准确和在线实时测量的特点。
背景技术
目前，传统的环抛技术是世界上广泛采用的并且几乎是唯一的大口径全局平面化技术。大尺寸精密环形抛光机是实现高精度平面加工最有效可行的解决方案，加工的光学元件面形平滑，无高频残差，而且加工产品在表面质量和粗糙度方面能实现纳米级高精度。但是，现行大型环形抛光机在环形抛光阶段诸多方面仍未实现定量化。在蜡盘面形监测和控制、抛光辅料、环境温湿度和其他工艺参数的定量化，是实现确定性抛光和稳定生产的核心工艺技术。其中，由于加工工件的面形是蜡盘面形的反向拷贝，所以蜡盘面形的测量和控制，对于加工工件的面形尤为重要，决定着工件的加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置。该测量装置对环形抛光机蜡盘面形实施在线实时测量，具有集成化、测量方便、快速和准确的特点。
本发明技术解决方案如下：
一种环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，特点在于其构成包括液压升降平台系统、反射镜系统、扩束镜系统和主干涉系统，所述的主干涉系统包括干涉仪、计算机及连接线，所述的扩束镜系统包括负组正透镜、负组负透镜和正组正透镜，所述的反射镜系统包括反射镜、调节该反射镜水平位置的三根平行拉杆及安装调节该反射镜俯仰和方位方向的结构，在所述的液压升降平台系统的上平台上设置所述的干涉仪、扩束镜系统和反射镜系统的平行拉杆，沿所述的干涉仪输出光束方向依次是同光轴的负组正透镜、负组负透镜和正组正透镜和反射镜，所述的反射镜与所述的光轴成45°，所述的干涉仪的输出端经连接线与所述的计算机的输入端相连。
所述的液压升降平台系统包括一个千斤顶支撑的上平台和下平台构成，下平台长边两侧各有2个滚轮，靠近千斤顶压杆一侧的1个滚轮上装有限动开关，将液压升降平台相对于地面固定，通过按压千斤顶压杆调整所述的上平台的高度。
所述的反射镜系统，包括正方形竖直支架、正方形水平支架、下平板、上平板、平行拉杆、反射镜、四个拉力弹簧、球头螺钉、俯仰角调节螺钉、方位角调节螺钉和底座，竖直支架的左侧顶部中心和底部两端固定呈三角形分布的三根平行拉杆的右端，竖直支架右侧下端固定水平支架的左端，竖直支架右侧上端和水平支架的右端分别固定连接所述的下平板的两端，所述的竖直支架、水平支架和下平板呈等腰直角三角形结构，下平板开中心孔，开孔面积与反射镜面积相同，该反射镜固定在上平板下表面的中心，正对该下平板的中心孔，上平板和下平板的两邻边各分布2个拉力弹簧，在该邻边的夹角位置设有一个连接上平板和下平板的可转动的球头螺钉，在该组邻边的另两端上平板嵌有俯仰调节螺钉和方位调节螺钉。
所述的反射镜系统的底座置于所述的液压升降平台系统的上平台上，下部呈空心结构，使平行拉杆左端自由出入。
所述的扩束镜系统还包括外套和三个矩形平板支架，所述的矩形平板支架的底部固定在所述的液压升降平台系统的上平台上，所述的外套呈喇叭状形状包覆所述的负组正透镜、负组负透镜和正组正透镜，负组正透镜和负组负透镜位于喇叭状外套前端缩口处，正组正透镜位于喇叭状外套后端扩口处，喇叭状外套的缩口处和扩口处穿设并固定在两组竖直放置矩形平板支架和矩形平板支架的中心开孔中，在所述的外套的中间是另一矩形平板支架，所述的两个矩形平板支架上部中心和底部两侧开有供所述反射镜系统的平行拉杆穿过和维持平行稳定的小孔。
本发明的工作原理如下：
利用干涉仪测量加工工件上下平面形成的干涉条纹，经过干涉条纹解析软件计算得到加工工件的精确面形信息。测量前将加工工件上表面加工到较高的面形精度，相对下表面，工件上表面可以认为是一绝对平面，所以测量时由加工工件上下平面形成的干涉条纹得到的面形，反映了与蜡盘接触的加工工件下表面面形，反推出与加工工件下表面接触的蜡盘面形。测量一段时间加工工件的面形变化，就可以反推出蜡盘面形的变化趋势。数字干涉仪带有的条纹解析软件将干涉条纹信息转变为数字化面形信息，便于准确直观地测量、观察和分析结果。
本发明的有益效果：
1、本发明测量装置集成化。该测量装置将液压升降平台、反射镜系统、扩束镜系统和主干涉系统集成于一体。
2、本发明测量方便。装置中的液压升降平台下面带有滚轮，可以方便地移动测量装置，能够对车间各种环形抛光机的蜡盘面形进行测量；装置中的液压升降平台和具有平行拉杆的反射镜系统，能够方便测量抛光机上不同位置的蜡盘面形。
3、本发明测量快速、准确。采用干涉仪测量加工工件自相干条纹，通过干涉仪的电荷耦合元件（CCD，Charge-coupledDevice）快速记录干涉条纹，利用干涉条纹解析软件得到数字化的面形信息。由于测量的是加工工件的自相干条纹，所以环形抛光机本身振动对测量没影响，能够准确地测量、解析出加工工件下表面的形貌起伏信息，进而反推出蜡盘面形形貌。测量一段时间的面形数据，可以得到蜡盘面形的变化趋势。
4、本发明在线实时测量。该测量装置测量时与环形抛光机不直接接触，不妨碍抛光机加工，测量时也不受空间和时间的限制，可以对抛光机某一工位的加工工件进行长时间测量，不断表征出环形抛光机蜡盘面形的变化。
5、总之，本发明具有集成化，测量方便，测量快速、准确和在线实时测量特点。
附图说明
图1是本发明环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置的测量光路图
图2是本发明环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置的一个实施例的正视示意图
图3是图2的A-A’剖右视示意图
图4是图2的A-A’剖右结构的正视和侧视示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1和图2，由图可见，本发明环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，构成包括液压升降平台系统1、反射镜系统2、扩束镜系统3和主干涉系统4，所述的主干涉系统4包括干涉仪4-1、计算机4-2及连接线4-3，所述的扩束镜系统3包括负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3，所述的反射镜系统2包括反射镜2-6、调节该反射镜水平位置的三根平行拉杆2-5及安装调节该反射镜俯仰和方位方向的结构，在所述的液压升降平台系统1的上平台1-5上设置所述的干涉仪4-1、扩束镜系统3和反射镜系统2的平行拉杆2-5，沿所述的干涉仪4-1输出光束方向依次是同光轴的负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3和反射镜2-6，所述的反射镜2-6与所述的光轴成45°，所述的干涉仪4-1的输出端经连接线4-3与所述的计算机4-2的输入端相连。
所述的液压升降平台系统1包括一个千斤顶1-4支撑的上平台1-5和下平台1-6构成，下平台1-6长边两侧各有2个滚轮1-1，靠近千斤顶压杆1-3一侧的1个滚轮上装有限动开关1-2，将液压升降平台相对于地面固定，通过按压千斤顶压杆1-3调整所述的上平台1-5的高度。
所述的干涉仪4-1出射激光，经过扩束器系统3的负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3将激光光束扩大，通过反射镜2-6的镜面改变光束方向，将光束光线投射到环形抛光机蜡盘5上面的加工工件6上，在加工工件6的上下表面发生干涉现象，干涉光线按原光路返回，在干涉仪4-1中形成干涉条纹图像，被干涉仪的CCD接收，经过计算机4-2图像分析软件处理，得到加工工件6的数字化波面信息，因为事先将加工工件6的上表面加工到高精度的面形水平，所以将得到的波面信息，作为蜡盘5接触的加工工件6下表面的面形情况，于是也就测出了接触工件的蜡盘6面形变化情况。这里，加工工件6上表面的面形精度越高，由计算机得到的数字化波面信息与加工工件6下表面的面形情况越接近蜡盘5的面形。在不断测量过程中，加工工件6下表面的面形变化即为蜡盘5的面形变化。
参见图2，图2是本发明环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置的一个实施例的正视示意图，由图可见，本发明环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置包括液压升降平台系统1、反射镜系统2、扩束镜系统3和主干涉系统4，所述的主干涉系统4包括干涉仪4-1、计算机4-2及连接线4-3，所述的扩束镜系统3包括负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3，所述的反射镜系统2包括反射镜2-6、调节该反射镜水平位置的三根平行拉杆2-5，调节该反射镜两个方向倾斜的两个螺钉2-12和2-13，在所述的液压升降平台系统1的上平台面1-5上设置所述的干涉仪4-1、扩束镜系统3和反射镜系统2的平行拉杆2-5，沿所述的干涉仪4-1输出光束方向依次是同光轴的负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3和反射镜2-6，所述的反射镜2-6与所述的光轴成45°，所述的干涉仪4-1经连接线4-3与计算机4-2的输入端相连。
所述的液压升降平台系统1，包括一个千斤顶（1-4）支撑的上平台1-5和下平台1-6长边两侧各有2个滚轮1-1，便于所述的液压升降平台系统的移动，其中靠近千斤顶的压杆1-3一侧1个滚轮上装有限动开关1-2，将液压升降平台相对于地面固定，千斤顶1-4相对地面竖直放置，该千斤顶的上端固定于上平台1-5，下端固定于下平台1-6，按压千斤顶的压杆1-3使该千斤顶1-4顶起上平台1-5，调整所述的上平台的高度。
所述的反射镜系统2，包括竖直支架2-1、水平支架2-2、下平板2-3、上平板2-4、平行拉杆2-5、反射镜2-6、拉力弹簧2-7、2-8、2-9和2-10、球头螺钉2-11、俯仰角调节螺钉2-12、方位角调节螺钉2-13、底座2-14。竖直支架2-1和水平支架2-2呈方形，由管状型材连接固定而成。竖直支架2-1的左侧顶部中心和底部两端固定呈三角形分布的三根平行拉杆2-5的右端，竖直支架2-1右侧下端固定水平支架2-2的左端，竖直支架2-1右侧上端和水平支架2-2的右端分别固定连接所述的下平板2-3的两端，所述的竖直支架2-1、水平支架2-2和下平板2-3呈等腰直角三角形结构。上平板2-4和下平板2-3为方形。下平板2-3中心开孔，开孔面积与反射镜2-6面积相同，该反射镜2-6固定在上平板2-4下平面中心，正对该下平板的中心孔。上平板2-4和下平板2-3的两邻边各分布2个拉力弹簧2-7、2-8和2-9、2-10。该组邻边的夹角位置设有一个连接上平板2-4和下平板2-3的底部可转动的球头螺钉2-11，在该组邻边的两端上平板2-4嵌有两个调节螺钉2-12和2-13。所述反射镜系统2的底座2-14下部呈空心结构，使平行拉杆2-5左端自由出入，增大平行拉杆2-5活动的长度，从而增大连接的反射镜2-6的水平移动距离。该底座上方放置主干涉系统4中的干涉仪4-1。
所述的扩束镜系统3，包括负组正透镜3-1、负组负透镜3-2、正组正透镜3-3、外皮3-4、矩形平板支架3-5、3-6、3-7。外皮3-4呈喇叭状形状包覆负组正透镜3-1、负组负透镜3-2和正组正透镜3-3，负组正透镜3-1、负组负透镜3-2位于喇叭状外皮前端缩口处，正组正透镜3-3位于喇叭状外皮后端扩口处。喇叭状外皮结构的缩口处和扩口处穿过两组竖直放置的中心开孔的矩形平板支架3-5和3-6，开孔面积对应着该喇叭状外皮结构的缩口处和扩口处面积，使该外皮结构固定在矩形平板支架3-5和3-6上。矩形平板支架3-5外形小于矩形平板支架3-6，喇叭状外皮结构中后部和扩口处矩形平板支架3-6前另设有一相同大小的矩形平板支架3-7，矩形平板支架3-5、3-6和3-7的底部固定在所述的液压升降平台系统1的上平台面1-5上，外皮3-4结构后端两矩形平板支架3-6和3-7上部中心和底部两侧开有供所述反射镜系统2的平行拉杆2-5穿过和维持平行稳定的小孔，平行拉杆2-5在滑动过程中左侧端头不能越过矩形平板支架3-7的小孔位置，以免破坏反射镜系统2结构的水平稳定性。外皮3-4喇叭状结构缩口处矩形平板支架3-5外形大小要小于所述的反射镜系统2中三根平行拉杆2-5分布的三角形尺寸，不妨碍平行拉杆2-5的水平滑动。
所述的主干涉系统4，包括干涉仪4-1、计算机4-2和连接线4-3。连接线将干涉仪4-1和计算机4-2连接。
参见图3，所述的反射镜系统2中的三根平行拉杆2-5呈三角形分布，上部一根，下部两根。穿过矩形平板支架3-5和3-6对应位置上的小孔移动。2个平行平板支架3-5和3-6的6个小孔维持平行拉杆2-5水平稳定。
参见图4，上平板2-4和下平板2-3的两邻边各分布2个拉力弹簧2-7、2-8和2-9、2-10，连接上平板2-4和下平板2-3。两邻边的夹角位置的上平板2-4和下平板2-3之间装有一个底部可转动的球头螺钉2-11，球头螺钉2-11上下两端分别固定在上平板2-4和下平板2-3上。上平板2-4的对角位置设有两个俯仰调节螺钉2-12和方位调节螺钉2-13。旋动俯仰调节螺钉2-12和方位调节螺钉2-13可对反射镜2-6的俯仰角和方位角进行调节。弹簧2-7、2-10分别靠近俯仰调节螺钉2-12、方位调节螺钉2-13，保证俯仰调节螺钉2-12、方位调节螺钉2-13下端与下平板2-3紧密接触。拉力弹簧2-8和2-9靠近球头螺钉2-11，保证球头螺钉2-11的球头与下接触面紧密接触。这种紧密接触式设计可以消除球头螺钉2-11、俯仰调节螺钉2-12、方位调节螺钉2-13接触间隙，以及消除装置在移动过程中由于抖动产生的俯仰调节螺钉2-12、方位调节螺钉2-13与下平板2-3的接触错位，从而保证俯仰调节螺钉2-12、方位调节螺钉2-13对反射镜2-6两个方向倾斜的精密调整，并保证调整稳定。球头螺钉2-11的螺杆底端接触的下平板2-3设有一凹槽，以防止上平板2-4发生滑动脱落。
参见图2对测量操作过程进行描述。利用液压升降平台系统1的滚轮1-1移动整个测量装置到环形抛光机旁，按下滚轮限动开关1-2，将测量装置位置固定。按压液压升降平台系统1的千斤顶压杆1-3使千斤顶1-4推起液压升降平台系统1的上平台1-5，当上平台1-5的台面升高到高过抛光机上加工工件6高度后停止。滑动反射镜系统2的平行拉杆2-5使待测加工工件6位于反射镜2-6正下方。启动干涉仪4-1和计算机4-2电源，并将测量和图像分析软件打开。调节所述的俯仰调节螺钉2-12和方位调节螺钉2-13，使测量光路中反射回来的两个光点对准干涉仪4-1的CCD的正中央。设置好光路光程差，进行路径匹配，寻找干涉条纹，调制条纹，通过计算机4-2测量和图像分析软件观察，然后进行测量。根据工件的实际尺寸与干涉图的大小进行定标。进行多次平均测量，完成测量后，分析并保存数据，关闭测量和图像分析软件，关闭计算机4-2和干涉仪4-1电源。拨回反射镜系统2的平行拉杆2-5，调低液压升降平台系统1上平台1-5的高度，打开滚轮限动开关1-2，将该测量装置移到指定位置。
以上所述仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，包括主干涉系统(4)，该主干涉系统(4)包括干涉仪(4-1)、计算机(4-2)及连接线(4-3)，所述的干涉仪(4-1)的输出端经连接线(4-3)与所述的计算机(4-2)的输入端相连，其特征在于还包括液压升降平台系统(1)、反射镜系统(2)和扩束镜系统(3)，所述的扩束镜系统(3)包括负组正透镜(3-1)、负组负透镜(3-2)和正组正透镜(3-3)，所述的反射镜系统(2)包括反射镜(2-6)、调节该反射镜水平位置的三根平行拉杆(2-5)，在所述的液压升降平台系统(1)的上平台(1-5)上设置所述的干涉仪(4-1)、扩束镜系统(3)和反射镜系统(2)的平行拉杆(2-5)，沿所述的干涉仪(4-1)输出光束方向依次是同光轴的负组正透镜(3-1)、负组负透镜(3-2)和正组正透镜(3-3)和反射镜(2-6)，所述的反射镜(2-6)与所述的光轴成45°。
2.根据权利要求1所述的环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，其特征在于所述的液压升降平台系统(1)包括一个上平台(1-5)和一个下平台(1-6)，上平台(1-5)与下平台(1-6)之间使用一个千斤顶(1-4)支撑，下平台(1-6)长边两侧各有2个滚轮(1-1)，靠近千斤顶压杆(1-3)一侧的1个滚轮上装有限动开关(1-2)，将液压升降平台相对于地面固定，通过按压千斤顶压杆(1-3)调整所述的上平台(1-5)的高度。
3.根据权利要求1所述的环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，其特征在于所述的反射镜系统(2)，包括正方形竖直支架(2-1)、正方形水平支架(2-2)、下平板(2-3)、上平板(2-4)、平行拉杆(2-5)、反射镜(2-6)、四个拉力弹簧(2-7、2-8、2-9和2-10)、球头螺钉(2-11)、俯仰角调节螺钉(2-12)、方位角调节螺钉(2-13)和底座(2-14)，正方形竖直支架(2-1)的左侧顶部中心和底部两端固定呈三角形分布的三根平行拉杆(2-5)的右端，正方形竖直支架(2-1)右侧下端固定正方形水平支架(2-2)的左端，正方形竖直支架(2-1)右侧上端和正方形水平支架(2-2)的右端分别固定连接所述的下平板(2-3)的两端，所述的正方形竖直支架(2-1)、正方形水平支架(2-2)和下平板(2-3)呈等腰直角三角形结构，下平板(2-3)开中心孔，开孔面积与反射镜(2-6)面积相同，该反射镜(2-6)固定在上平板(2-4)下表面的中心，正对该下平板的中心孔，上平板(2-4)和下平板(2-3)的两邻边各分布2个拉力弹簧(2-7、2-8和2-9、2-10)，在该组邻边的夹角位置设有一个连接上平板(2-4)和下平板(2-3)的可转动的球头螺钉(2-11)，在该组邻边的另两端上平板(2-4)嵌有俯仰角调节螺钉(2-12)和方位角调节螺钉(2-13)。
4.根据权利要求1所述的环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，其特征在于所述的反射镜系统(2)的底座(2-14)置于所述的液压升降平台系统(1)的上平台(1-5)，所述的反射镜系统(2)的底座(2-14)的下部呈空心结构，使平行拉杆(2-5)左端自由出入。
5.根据权利要求1所述的环形抛光机蜡盘面形在线实时测量装置，其特征在于所述的扩束镜系统(3)还包括外套(3-4)、前矩形平板支架(3-6)、中矩形平板支架(3-7)、后矩形平板支架(3-5)，所述的后矩形平板支架(3-5)、前矩形平板支架(3-6)和中矩形平板支架(3-7)竖直放置，其底部固定在所述的液压升降平台系统(1)的上平台(1-5)上，所述的外套(3-4)呈喇叭状形状包覆所述的负组正透镜(3-1)、负组负透镜(3-2)和正组正透镜(3-3)，负组正透镜(3-1)和负组负透镜(3-2)位于喇叭状外套前端缩口处，正组正透镜(3-3)位于喇叭状外套后端扩口处，后矩形平板支架(3-5)和前矩形平板支架(3-6)用于穿设并固定喇叭状外套的缩口处和扩口处，中矩形平板支架(3-7)位于后矩形平板支架(3-5)和前矩形平板支架(3-6)的中间位置，所述的前矩形平板支架(3-6)和中矩形平板支架(3-7)上部中心和底部两侧开有供所述反射镜系统的平行拉杆(2-5)穿过和维持平行稳定的小孔。
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