基于三坐标的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法与流程

本发明涉及光学元件测量，特别是一种基于三坐标的口径大于100mm的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法。

背景技术：

自由曲面没有严格确切的定义,通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面,主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面，如nurbs曲面。虽然自由曲面已经取得了越来越多的应用,但是无论是制作成本还是其加工的精度都远不能和传统的非球面相比,其中的主要障碍之一是面形的精密检测。

目前复杂自由曲面的检测方法主要有2种，一种是非接触式的激光测量法，此方法测量最高精度远远高于三坐标，但是此方法只是对光学复杂自由曲面的测量时才能达到高精度，有局限性。另一种是接触式的测量方法，主要设备以轮廓仪和三坐标为主，轮廓仪虽然精度也普遍高于三坐标，但是高精度的轮廓仪测量量口径往往很小，同样有局限性。

当前较高精度的三坐标理论测量误差在1μm-2μm左右，超高精度三坐标理论测量误差可以＜1μm，但是在实际测量中测量误差要＜1μm，仍然是一技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于三坐标的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法，使测量误差小于(0.4+l/1000)μm，l代表工件被测区域最大三维长度。

为解决上述技术问题，本发明首先将待检测元件放置于三坐标同一稳定环境中，放置8小时以上，然后对待检测元件进行清洁，将清洁后的待检测元件放置于三坐标的工作台上，在三坐标内导入待检测元件理论模型，建立测针测量路径对待检测元件进行测量，其中：测针的测杆直径为2.0mm，有效工作长度为15mm，测针总长度为25mm，测球直径为3mm，测针的测力为100mn。

所述的稳定环境具体是：温度为20°±0.5°，湿度40％-60％，最大温度梯度小于0.4k/day、0.2k/hour且0.1k/meter(三者需同时满足)。

所述的三坐标包括：工作台、移动桥架、中央滑架、横梁和底座，其中：工作台设置于底座上，移动桥架设置于横梁两侧，中央滑架设置于横梁中部。

所述的三坐标为卡尔蔡司型号upmcultra。

所述的待检测元件理论模型具体是：口径大于100mm的大口径旋转对称球面、非球面或者自由曲面。

有益效果

本发明解决辅助测量加工困难的难题。无需辅助测量配件，降低测量成本。

本发明去除了热膨胀系数和清洁度对待检测元件的影响，通过测针和测力参数的选择使测量误差小于(0.4+l/1000)μm，l代表工件被测区域最大三维长度。

附图说明

图1为本发明三坐标对待检测元件的测量示意图；

图2为本发明待检测元件的清洁路线图；

图3为本发明待检测元件的测量路径示意图；

图4为本发明选用测针示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、图3和图4所示，本实施例包括：首先将待检测元件放置于三坐标同一稳定环境中，放置8小时以上，然后对待检测元件进行清洁，将清洁后的待检测元件放置于三坐标的工作台1上，在三坐标内导入待检测元件理论模型8，建立测针测量路径9对待检测元件进行测量，其中：测针3的测杆直径c为2.0mm，有效工作长度d为15mm，测针3总长度b为25mm，测球直径a为3mm，测针3的测力为100mn。

所述的清洁利用丙酮或者酒精沿着产品轮廓由里到外不重复清洁，清洁第一次过后，换取新的洁净纸或者洁净布重复以上步骤，清洁方向为图2箭头方向。

所述的稳定环境具体是：温度为20°±0.5°，湿度40％-60％，最大温度梯度小于0.4k/day，0.2k/hour，0.1k/meter。

所述的三坐标包括：工作台1、移动桥架2、中央滑架4、横梁5和底座6，其中：工作台1设置于底座6上，移动桥架2设置于横梁5两侧，中央滑架4设置于横梁5中部。

所述的待检测元件理论模型具体是：大口径旋转对称球面、非球面或者自由曲面。

本实施例三坐标选用卡尔蔡司型号upmcultra。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在

本技术：
权利要求所限定的范围内。

技术特征：

技术总结
一种基于三坐标的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法，包括：首先将待检测元件放置于三坐标同一稳定环境中，放置8小时以上，然后对待检测元件进行清洁，将清洁后的待检测元件放置于三坐标的工作台上，在三坐标内导入待检测元件理论模型，建立测针测量路径对待检测元件进行测量。本发明测量误差小于(0.4+L/1000)μm。

技术研发人员：吴国涛
受保护的技术使用者：上海现代先进超精密制造中心有限公司
技术研发日：2017.04.24
技术公布日：2017.09.01