[发明专利]一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪及其装调方法

说明书

一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪及其装调方法属于光学元件面形检测领域，目的在于解决现有技术存在的摆臂轮廓仪不能满足更高精度的检测需求的问题。本发明的测量臂与气浮转台固定连接，测量臂一端通过测头装卡装置安装有电容式位移传感器的测头，另一端设置有配重块；信号采集卡对气浮转台角度信号进行采集，控制单元控制电容式位移传感器和信号采集卡采集同一时刻信号。本发明采用高精度的电容式位移传感器，作用距离为零，实现高精度的摆臂轮廓检测，相比传统摆臂轮廓仪，测量精度更高，稳定性更好。本发明提出的一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪的装调方法，有效地解决了摆臂轮廓仪装调和测量时与元件磕碰的风险问题。

技术领域

本发明属于光学元件面形检测领域，具体涉及一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪及其装调方法。

背景技术

近年来，碳化硅材料由于其优越的材料性能，如比刚度大、热膨胀系数小、尺寸稳定性好等，被广泛应用于空间光学元件的制造；但是相比于传统的玻璃材料，碳化硅材料硬度更大，加工效率更低。大口径光学元件的加工一般分为铣磨、研磨、抛光三个阶段；铣磨阶段由铣磨机床对毛坯件进行材料去除，研磨、抛光阶段实现对面形的逐步加工成形。由于抛光阶段材料去除效率远低于研磨阶段；为了提高反射镜整体加工效率，提高研磨阶段面形加工精度实现尽量精确地材料去除，用来缩短抛光阶段所需时间是一种行之有效的方法。

然而，限制研磨精度的因素主要来自于研磨阶段的面形检测精度，因此需要一种适用于研磨阶段面形高精度检测的手段。摆臂式轮廓仪作为一种有效指导大口径反射镜研磨阶段面形加工的检测手段，目前已经实现了面形检测精度达2～3umPV，但不能满足更高精度的检测需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪及其装调方法，解决现有技术存在的摆臂轮廓仪不能满足更高精度的检测需求的问题。

为实现上述目的，本发明的一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪包括气浮转台、测量臂、电容式位移传感器、测头装卡装置、控制单元和信号采集卡；

所述测量臂与所述气浮转台固定连接，所述测量臂一端通过测头装卡装置安装有电容式位移传感器的测头，另一端设置有配重件；

所述信号采集卡对气浮转台旋转角度的信号进行采集，所述控制单元控制电容式位移传感器和信号采集卡记录同一时刻信号。

所述气浮转台与机床轴连接，所述气浮转台的转轴通过待测导电光学元件的最接近球球心。

一种基于电容式位移传感器的摆臂轮廓仪的装调方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述摆臂轮廓仪安装在机床轴上，记录电容式位移传感器量程S₀；

步骤二：调节待测导电光学元件在水平方向的位置，使待测导电光学元件中心与机床转台中心对齐；

步骤三：将激光测距式位移传感器测头通过测头装卡装置安装在测量臂端部，控制机床轴位置移动，并调整机床轴倾斜角度，使测量臂摆一圈时，激光测距式位移传感器测头读数变化在0.8*S₀以内，记录此时机床轴的位置参数(x,y,z,A)；其中，(x,y,z)为机床轴的位置参数，A为机床轴的倾斜角度值；

步骤四：在待测导电光学元件表面上找到机床中心位置，贴上靶标，并使靶标中心与机床中心重合；

步骤五：将激光测距式位移传感器测头换下，安装上电容式位移传感器测头，并将机床轴调整到步骤三记录参数(x,y,z,A)的位置；

步骤六：调整电容式位移传感器测头位置，使电容式位移传感器测头的测量中心对准靶标中心，且测量方向垂直于待测导电光学元件表面中心，以及在该位置时测头读数为0.5*S₀，完成电容式位移传感器测头的装调；