環(huán)拋機(jī)膠盤(pán)面形狀的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)加工領(lǐng)域，尤其涉及一種大型環(huán)拋機(jī)膠盤(pán)面形狀的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)形拋光廣泛應(yīng)用于大口徑平面光學(xué)元件的加工，加工的元件具有較低的中頻誤差。大型環(huán)拋機(jī)一般采用大理石基盤(pán)，通過(guò)在其表面澆制瀝青作為拋光盤(pán)(膠盤(pán))。通常，環(huán)拋機(jī)的拋光盤(pán)的中心位置配置有中心柱，同時(shí)拋光盤(pán)的側(cè)邊位置配置有3個(gè)立柱，均通過(guò)橋架(橫梁)與中心柱連接，形成3個(gè)工位。其中一個(gè)工位用于放置校正板，另外兩個(gè)工位用于放置工件盤(pán)。環(huán)拋技術(shù)一直存在的一個(gè)難題是元件低頻面形誤差的高效收斂。元件的面形誤差主要取決于拋光過(guò)程的運(yùn)動(dòng)參量以及元件和膠盤(pán)接觸界面的壓力分布。拋光運(yùn)動(dòng)參量包括各盤(pán)轉(zhuǎn)速、元件偏心距等，近年來(lái)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制水平的提升已較好地解決了元件面形精度控制在運(yùn)動(dòng)參數(shù)方面的制約問(wèn)題。拋光壓力分布的均勻性，特別是由于膠盤(pán)表面不平引起的拋光壓力分布不均已經(jīng)成為元件面形精度提升的瓶頸。長(zhǎng)期以來(lái)，環(huán)形拋光主要采用校正板來(lái)修正盤(pán)面形狀，然而缺乏有效的盤(pán)面形狀檢測(cè)和監(jiān)控方法。
[0003]CN103978430A提出了一種基于位移傳感器的盤(pán)面形狀檢測(cè)方法，通過(guò)結(jié)合拋光盤(pán)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和位移傳感器的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)得到盤(pán)面沿螺旋線(xiàn)分布各檢測(cè)點(diǎn)的高度，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理即可生成盤(pán)面三維輪廓。但采用該方法檢測(cè)盤(pán)面形狀時(shí)，首先需將可調(diào)節(jié)平臺(tái)和平面標(biāo)準(zhǔn)鏡置于盤(pán)面的中心區(qū)域以標(biāo)定導(dǎo)軌誤差，這對(duì)于拋光盤(pán)中心配置有中心柱的環(huán)拋機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大型環(huán)拋機(jī)膠盤(pán)面形狀的檢測(cè)方法。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:環(huán)拋機(jī)膠盤(pán)面形狀的檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟:1)檢測(cè)直線(xiàn)導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度誤差；2)檢測(cè)膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸在導(dǎo)軌平面內(nèi)的絕對(duì)傾斜度；3)計(jì)算導(dǎo)軌的綜合誤差；4)檢測(cè)膠盤(pán)面的端跳并標(biāo)定膠盤(pán)面角度；5)檢測(cè)膠盤(pán)面沿半徑方向的輪廓形狀。
[0006]所述步驟I)為:將位移傳感器固定于可沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的滑塊上；平尺工作面朝上置于膠盤(pán)面上，確保平尺工作面沿長(zhǎng)度方向的幾何中心線(xiàn)與導(dǎo)軌平行，采用電子水平儀檢測(cè)平尺工作面沿長(zhǎng)度方向的絕對(duì)水平度，記為q ;然后開(kāi)啟滑塊沿導(dǎo)軌的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)滑塊相對(duì)于平尺工作面的高度變化，記為e (X)，然后求得導(dǎo)軌直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度的綜合誤差為:p(x) = e(x)-q*x。
[0007]所述平尺工作面的平面度誤差小于2um。
[0008]所述位移傳感器的檢測(cè)精度優(yōu)于lum。
[0009]所述步驟2)為:將具有一定等厚精度的圓形光學(xué)元件平放在膠盤(pán)面外側(cè)處；將電子水平儀置于光學(xué)元件上表面的幾何中心處，檢測(cè)方向指向膠盤(pán)面中心；開(kāi)啟膠盤(pán)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電子水平儀隨膠盤(pán)一起勻速旋轉(zhuǎn)，待電子水平儀運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌下方時(shí)記錄其讀數(shù)SI，然后待電子水平儀運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌對(duì)側(cè)時(shí)記錄其讀數(shù)S2，然后求得膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸在導(dǎo)軌平面內(nèi)的絕對(duì)傾斜度為:S = Sl-(Sl+S2)/20
[0010]所述電子水平儀的檢測(cè)精度優(yōu)于lum/m。
[0011]所述步驟3)為:由步驟I)和步驟2)測(cè)得的導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度誤差以及膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)傾斜度誤差相加求得:f(x) = p(x)-S*Xo
[0012]所述步驟4)為:首先將滑塊沿導(dǎo)軌移至膠盤(pán)面外沿，位移傳感器固定于滑塊上，其檢測(cè)點(diǎn)指向?qū)к壪路降哪z盤(pán)面；在膠盤(pán)側(cè)邊作一臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)；然后開(kāi)啟膠盤(pán)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，待膠盤(pán)側(cè)邊的臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌的下方時(shí)開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，膠盤(pán)運(yùn)動(dòng)若干周期后臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)再次運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌下方時(shí)停止記錄數(shù)據(jù)，檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)即為膠盤(pán)面的端跳變化值，端跳最大值與最小值對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面位置的連線(xiàn)即為膠盤(pán)面相對(duì)于膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向，根據(jù)臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)和端跳最小值點(diǎn)相對(duì)于臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)的轉(zhuǎn)角確定端跳最小值對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面的位置，然后以該位置對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面半徑為極軸，膠盤(pán)面中心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系；在膠盤(pán)面O度、90度、180度和270度位置的膠盤(pán)側(cè)邊分別予以標(biāo)記。
[0013]所述步驟5)為:首先旋轉(zhuǎn)膠盤(pán)以使90度或270度對(duì)應(yīng)半徑位于導(dǎo)軌下方且與導(dǎo)軌平行；然后將滑塊沿導(dǎo)軌移至膠盤(pán)面外沿，位移傳感器固定于滑塊上，其檢測(cè)點(diǎn)指向膠盤(pán)面；開(kāi)啟滑塊沿導(dǎo)軌的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)滑塊相對(duì)于膠盤(pán)面的高度變化，記為g (X)，則可求得膠盤(pán)面沿半徑方向的輪廓形狀為:h (x) = g (x) -f (x)。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)采用位移傳感器、大理石平尺和電子水平儀來(lái)標(biāo)定導(dǎo)軌誤差，通過(guò)檢測(cè)膠盤(pán)面端跳來(lái)標(biāo)定膠盤(pán)面特定角度對(duì)應(yīng)的半徑，進(jìn)而檢測(cè)該半徑上的盤(pán)面輪廓形狀；本發(fā)明提供的方法可在任意結(jié)構(gòu)形式(包括拋光盤(pán)中心配置有中心柱)的環(huán)拋機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單方便且精度較高；通過(guò)本發(fā)明方法獲得膠盤(pán)的表面形狀，可以指導(dǎo)拋光工藝，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)床參數(shù)以實(shí)現(xiàn)元件面形誤差的收斂。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明檢測(cè)時(shí)的工作示意圖。
[0016]圖2是圖1的俯視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明檢測(cè)時(shí)的另一工作示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)導(dǎo)軌直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度誤差的示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例膠盤(pán)面端跳檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0020]圖6是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際測(cè)得的膠盤(pán)面輪廓。
[0021]圖7是本發(fā)明實(shí)施例去除導(dǎo)軌誤差后的膠盤(pán)面輪廓。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的環(huán)拋機(jī)膠盤(pán)面形狀的檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0023]I)檢測(cè)直線(xiàn)導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度誤差:
[0024]將位移傳感器固定于可沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的滑塊上；大理石平尺工作面朝上置于膠盤(pán)面上，確保平尺工作面沿長(zhǎng)度方向的幾何中心線(xiàn)與導(dǎo)軌平行；采用電子水平儀檢測(cè)平尺工作面沿長(zhǎng)度方向的絕對(duì)水平度(傾斜度)，記為q(單位um/mm);然后開(kāi)啟滑塊沿導(dǎo)軌的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)滑塊相對(duì)于平尺工作面的高度變化，記為e (X)，然后求得導(dǎo)軌直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度的綜合誤差為:P(X) = e(X)-q*X ;其中，X為直線(xiàn)導(dǎo)軌的坐標(biāo)，單位為mm ；
[0025]2)檢測(cè)膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸在導(dǎo)軌平面內(nèi)的絕對(duì)傾斜度:
[0026]將具有一定等厚精度的圓形光學(xué)元件平放在膠盤(pán)面外側(cè)處；將電子水平儀置于光學(xué)元件上表面的幾何中心處，檢測(cè)方向指向膠盤(pán)面中心，即檢測(cè)方向沿膠盤(pán)面半徑方向；開(kāi)啟膠盤(pán)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電子水平儀隨膠盤(pán)一起勻速旋轉(zhuǎn)；待電子水平儀運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌下方時(shí)記錄其讀數(shù)SI (單位為um/mm)，然后待電子水平儀運(yùn)動(dòng)180度后到導(dǎo)軌對(duì)側(cè)時(shí)(相對(duì)于膠盤(pán)面圓心)記錄其讀數(shù)S2，然后求得膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸在導(dǎo)軌平面內(nèi)的絕對(duì)傾斜度為:S =Sl-(Sl+S2)/2 ；
[0027]3)計(jì)算導(dǎo)軌的綜合誤差:
[0028]導(dǎo)軌的綜合誤差包括導(dǎo)軌的直線(xiàn)度及其相對(duì)于膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的傾斜度誤差，可由以上測(cè)得的導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和絕對(duì)傾斜度誤差以及膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的絕對(duì)傾斜度誤差相加求得:f (X) =P (X) -S*x ；
[0029]4)檢測(cè)膠盤(pán)面的端跳并標(biāo)定膠盤(pán)面角度:
[0030]首先將滑塊沿導(dǎo)軌移至膠盤(pán)面外沿，位移傳感器固定于滑塊上，其檢測(cè)點(diǎn)指向?qū)к壪路降哪z盤(pán)面；在膠盤(pán)側(cè)邊作一臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)，然后開(kāi)啟膠盤(pán)的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，待膠盤(pán)側(cè)邊的臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌的下方時(shí)開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，膠盤(pán)運(yùn)動(dòng)若干周期后臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)再次運(yùn)動(dòng)至導(dǎo)軌下方時(shí)停止記錄數(shù)據(jù)；檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)即為膠盤(pán)面的端跳變化值，端跳最大值與最小值對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面位置的連線(xiàn)即為膠盤(pán)面相對(duì)于膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向；根據(jù)臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)和端跳最小值點(diǎn)相對(duì)于臨時(shí)標(biāo)記點(diǎn)(起始點(diǎn))的轉(zhuǎn)角確定端跳最小值對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面的位置，然后以該位置對(duì)應(yīng)膠盤(pán)面半徑為極軸，膠盤(pán)面中心為原點(diǎn)建立極坐標(biāo)系；在膠盤(pán)面O度、90度、180度和270度位置的膠盤(pán)側(cè)邊分別予以標(biāo)記；
[0031]大型環(huán)拋機(jī)一般采用大尺寸的大理石校正板修正膠盤(pán)面的形狀誤差。修正膠盤(pán)面形狀誤差時(shí)，校正板置于膠盤(pán)面的瀝青環(huán)帶上進(jìn)行自轉(zhuǎn)，同時(shí)膠盤(pán)勻速旋轉(zhuǎn)，這種修正方式下的膠盤(pán)面形狀一般呈中心對(duì)稱(chēng)分布。檢測(cè)膠盤(pán)面的端跳并標(biāo)定膠盤(pán)面角度是為了確定膠盤(pán)面相對(duì)于膠盤(pán)旋轉(zhuǎn)軸的傾斜方向，后續(xù)檢測(cè)膠盤(pán)面沿半徑方向的輪廓形狀時(shí)，就可選擇膠盤(pán)面90度或2