CN108500777B - 全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其检测方法 - Google Patents

全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种检测精度较高的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其检测方法。全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置，在直线导轨上设置有溜板，在直线导轨的下方设置有水槽，在L形辅助检测支架的下板上设置有元件孔，在元件孔内设置有辅助检测平板，L形辅助检测支架使辅助检测平板只可在竖直方向上自由浮动，第一激光位移传感器检测水槽内的水面，第二激光位移传感器检测辅助检测平板的上表面。本发明采用水面作为参考对象，避免直线导轨本身的直线度误差对检测精度的影响，不会引入系统误差，具有极高的检测精度；采用L形辅助检测支架和辅助检测平面贴合抛光盘表面以起到平滑的作用，改善抛光盘宏观轮廓的检测精度和稳定性。

Description

全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及光学加工领域，尤其涉及一种全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其方法。
背景技术
全口径环形抛光广泛应用于大口径平面光学元件的加工，加工的元件具有较低的中频误差。大型环抛机一般采用大理石基盘，通过在其表面浇制沥青作为抛光盘。通常，环抛机的抛光盘的中心位置配置有中心柱，同时抛光盘的侧边位置配置有3个立柱，均通过横梁与中心柱连接，形成3个工位。其中一个工位用于放置修正盘，另外两个工位用于放置工件盘。环抛技术一直存在的一个难题是元件低频面形误差的高效收敛。元件的面形误差主要取决于抛光过程的运动参量以及元件和抛光盘接触界面的压力分布。抛光运动参量包括各盘转速、元件偏心距等，近年来机床运动控制水平的提升已较好地解决了元件面形精度控制在运动参数方面的制约问题。抛光压力分布的均匀性，特别是由于抛光盘表面不平引起的抛光压力分布不均已经成为元件面形精度提升的瓶颈。长期以来，环形抛光缺乏有效的抛光盘形状误差检测和监控方法。
CN103978430A和CN 105203065A分别提出了一种抛光盘形状误差的检测方法，首先采用标准镜和平尺标定直线导轨误差，然后从抛光盘形状误差的检测数据中去除直线导轨误差。然而采用这些方法时用于检测直线导轨误差的标准镜和平尺本身存在一定的误差，并且首先标定导轨误差然后检测抛光盘的过程比较繁琐和复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种检测精度较高的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置及其检测方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置，在直线导轨上设置有溜板，在所述溜板上设置有L形辅助检测支架、第一激光位移传感器和第二激光位移传感器，在所述直线导轨的下方设置有水槽，在所述L形辅助检测支架的下板上设置有元件孔，在所述元件孔内设置有辅助检测平板，所述L形辅助检测支架限定辅助检测平板的水平移动，使辅助检测平板只可在竖直方向上自由浮动，所述第一激光位移传感器检测水槽内的水面，所述第二激光位移传感器检测辅助检测平板的上表面。
进一步的，工作时，所述水槽设置在抛光盘上，所述第一激光位移传感器的检测点指向水槽内的水面，所述第二激光位移传感器的检测点指向辅助检测平板的上表面。
进一步的，所述辅助检测平板的下表面与抛光盘上表面贴合，所述辅助检测平板的尺寸大于抛光盘上表面沟槽的最大尺寸。
进一步的，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器通过磁力表座固定在溜板上。
进一步的，所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器检测的距离数据通过两根数据线输送至PC端进行记录和处理。
进一步的，所述水槽的形状为长方形，其长度方向与直线导轨对齐，所述水槽的长度不小于直线导轨的移动行程。
进一步的，所述溜板通过伺服电机和丝杠进行精确定位和移动速度控制。
进一步的，所述辅助检测平板的上表面和下表面的平面度以及等厚精度优于1um。
全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法，该方法包括以下步骤：
1)调整第一激光位移传感器的测头位于水槽水面上方的合适高度，确保其检测点指向水面；调整第二激光位移传感器的测头位于辅助检测平板上方的合适高度，确保其检测点指向辅助检测平板的上表面；
2)设定溜板的移动速度为v(mm/s)，设定第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的采样间隔为t(s)，开启伺服电机使溜板沿着直线导轨匀速移动，同时开始记录第一激光位移传感器和第二激光位移传感器检测的距离数据，待辅助检测平板运动至抛光盘的内侧时，停止记录第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的检测数据；
3)将第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的检测点记为1、2、…、i、…、m；将第一激光位移传感器检测到的其与水面的距离数据记为u1、u2、…、ui、…、um；将第二激光位移传感器检测到的其与辅助检测平板上表面的距离数据记为v1、v2、…、vi、…、vm；则抛光盘表面各个检测点上的实际形状误差为：zi＝vi-ui。
进一步的，该方法采用辅助检测平板贴合抛光盘表面以起到平滑作用，改善抛光盘宏观轮廓的检测精度和稳定性。
本发明的有益效果是：本发明检测抛光盘的形状误差时，采用水面作为参考对象，可以避免直线导轨本身的直线度误差对检测精度的影响，不会引入系统误差，具有极高的检测精度；本发明采用L形辅助检测支架和辅助检测平面贴合抛光盘表面以起到平滑的作用，从而改善了抛光盘宏观轮廓的检测精度和稳定性。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明的实施例中第一激光位移传感器检测到的其与水面的距离数据图。
图3是本发明的实施例中第二激光位移传感器检测到的其与辅助检测平板上表面的距离数据图。
图4是本发明的实施例计算得到的抛光盘表面各个检测点上的实际形状误差图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测装置，包括直线导轨9，直线导轨9设置在数控机床的横梁3上，在所述直线导轨9上设置有溜板10，所述溜板10通过伺服电机和丝杠进行精确定位和移动速度控制；在所述溜板10上设置有L形辅助检测支架11、第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13；在所述直线导轨9的下方设置有水槽20，水槽20设置在抛光盘2上。
在所述L形辅助检测支架11的下板上设置有元件孔，在元件孔内设置有辅助检测平板14，所述L形辅助检测支架11用于限定辅助检测平板14的水平移动，使辅助检测平板14只可在竖直方向上自由浮动；所述辅助检测平板14的上表面和下表面的平面度以及等厚精度优于1um，所述辅助检测平板14的下表面与抛光盘2上表面贴合，其尺寸大于抛光盘2上表面沟槽的最大尺寸；所述第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13通过磁力表座固定在溜板10上，所述第一激光位移传感器12的检测点指向水槽20内的水面，所述第二激光位移传感器13的检测点指向辅助检测平板14的上表面，第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13检测的距离数据通过两根数据线输送至PC端，再通过PC端进行记录和处理；水槽20的形状最好为长方形，其长度方向与直线导轨9对齐，水槽20的长度不小于直线导轨9的移动行程；在所述水槽20内盛有纯水，所述纯水的水面略低于水槽高度。
全口径环形抛光中元件面形的决定因素之一是抛光盘的宏观轮廓，而非微观或局部形貌。抛光盘的表面存在开口气孔、微刻线槽、抛光液沟槽等结构，这些结构不能反映抛光盘的真实宏观轮廓，并且影响检测精度和稳定性。本发明采用辅助检测平板14贴合抛光盘表面以起到平滑的作用，从而改善了抛光盘宏观轮廓的检测精度和稳定性。
本发明方法包括以下步骤：
1)将L形辅助检测支架11和辅助检测平板14移动至抛光盘2的外侧，调整第一激光位移传感器12的测头位于水槽20水面上方的合适高度，确保其检测点指向水面；调整第二激光位移传感器13的测头位于辅助检测平板14上方的合适高度，确保其检测点指向辅助检测平板14的上表面；
2)设定溜板10的移动速度为v(mm/s)，设定第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的采样间隔为t(s)，开启伺服电机使溜板10沿着直线导轨9匀速移动，同时开始记录第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13检测的距离数据，待辅助检测平板14运动至抛光盘2的内侧时，停止记录第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的检测数据；
3)将第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的检测点记为1、2、…、i、…、m；将第一激光位移传感器12检测到的其与水面的距离数据记为u1、u2、…、ui、…、um；将第二激光位移传感器13检测到的其与辅助检测平板14上表面的距离数据记为v1、v2、…、vi、…、vm；则抛光盘2表面各个检测点上的实际形状误差为：zi＝vi-ui。
由于第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13均固定在直线导轨9的溜板10上，因此它们之间的距离在检测过程中保持稳定。将各个检测点对应的抛光盘2、直线导轨9和水面的形状误差分别记为：zi、gi、hi。那么第一激光位移传感器12检测的距离数据满足：ui＝hi-gi，由于水面的形状误差为零，因此ui＝-gi(1)；第二激光位移传感器13检测的距离数据满足：vi＝zi-gi(2)；式2)减去式1)可得抛光盘的实际形状误差为：zi＝vi-ui。
实施例：
本发明的检测装置及其检测方法是应用在一台大型环抛机1上，如图1所示，环形抛光盘2的外径和内径分别为2000mm、600mm，抛光盘2的上方设置有横梁3。
在直线导轨9下方的抛光盘2上设置有长方形水槽20，水槽20的长度和宽度分别为1600mm和600mm，其长边与直线导轨9对齐，向水槽20中加入纯水至水面略低于水槽高度。
本发明的抛光盘形状误差的检测方法为：
1)将辅助检测平板14移动至抛光盘2的外侧(x＝0)，调整第一激光位移传感器12的测头位于水槽20水面上方的合适高度，确保其检测点指向水面；调整第二激光位移传感器13的测头位于辅助检测平板14上方的合适高度，确保其检测点指向辅助检测平板14的上表面；
2)设定溜板10的移动速度为v＝4(mm/s)，设定第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的采样间隔为t＝0.02(s)，开启溜板10的匀速移动运动，同时开始记录第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13检测的距离数据，待辅助检测平板14运动至抛光盘2的内侧时(x＝1400mm，t＝350s)，停止记录检测数据，第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的采样数为17500个；
3)将第一激光位移传感器12和第二激光位移传感器13的检测点记为1、2、…、i、…、17500；将第一激光位移传感器12检测到的其与水面的距离数据记为u1、u2、…、ui、…、u17500，如图2所示；将第二激光位移传感器13检测到的其与辅助检测平板14上表面的距离数据记为v1、v2、…、vi、…、v17500，如图3所示；则抛光盘2表面各个检测点上的实际形状误差为：zi＝vi-ui，如图4所示。

Claims (10)

1.全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)调整第一激光位移传感器(12)的测头位于水槽(20)水面上方的合适高度，确保其检测点指向水面；调整第二激光位移传感器(13)的测头位于辅助检测平板(14)上方的合适高度，确保其检测点指向辅助检测平板(14)的上表面；
2)设定溜板(10)的移动速度为v(mm/s)，设定第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)的采样间隔为t(s)，开启伺服电机使溜板(10)沿着直线导轨(9)匀速移动，同时开始记录第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)检测的距离数据，待辅助检测平板(14)运动至抛光盘(2)的内侧时，停止记录第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)的检测数据；
3)将第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)的检测点记为1、2、…、i、…、m；将第一激光位移传感器(12)检测到的其与水面的距离数据记为u1、u2、…、ui、…、um；将第二激光位移传感器(13)检测到的其与辅助检测平板(14)上表面的距离数据记为v1、v2、…、vi、…、vm；则抛光盘(2)表面各个检测点上的实际形状误差为：zi＝vi-ui。
2.如权利要求1所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法，其特征在于：该方法采用辅助检测平板(14)贴合抛光盘(2)表面以起到平滑作用，改善抛光盘(2)宏观轮廓的检测精度和稳定性。
3.如权利要求1所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：在直线导轨(9)上设置有溜板(10)，在所述溜板(10)上设置有L形辅助检测支架(11)、第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)，在所述直线导轨(9)的下方设置有水槽(20)，在所述L形辅助检测支架(11)的下板上设置有元件孔，在所述元件孔内设置有辅助检测平板(14)，所述L形辅助检测支架(11)限定辅助检测平板(14)的水平移动，使辅助检测平板(14)只可在竖直方向上自由浮动，所述第一激光位移传感器(12)检测水槽(20)内的水面，所述第二激光位移传感器(13)检测辅助检测平板(14)的上表面。
4.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：工作时，所述水槽(20)设置在抛光盘(2)上，所述第一激光位移传感器(12)的检测点指向水槽(20)内的水面，所述第二激光位移传感器(13)的检测点指向辅助检测平板(14)的上表面。
5.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述辅助检测平板(14)的下表面与抛光盘(2)上表面贴合，所述辅助检测平板(14)的尺寸大于抛光盘(2)上表面沟槽的最大尺寸。
6.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)通过磁力表座固定在溜板(10)上。
7.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述第一激光位移传感器(12)和第二激光位移传感器(13)检测的距离数据通过两根数据线输送至PC端进行记录和处理。
8.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述水槽(20)的形状为长方形，其长度方向与直线导轨(9)对齐，所述水槽(20)的长度不小于直线导轨(9)的移动行程。
9.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述溜板(10)通过伺服电机和丝杠进行精确定位和移动速度控制。
10.如权利要求3所述的全口径环形抛光中抛光盘形状误差的检测方法的检测装置，其特征在于：所述辅助检测平板(14)的上表面和下表面的平面度以及等厚精度优于1um。
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