[发明专利]基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法

权利要求书

1.基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将摆臂式轮廓检测装置装调至测头扫描轨迹位于待测镜最接近球面上，记录下当前机床上的位置读数；

步骤二：采用摆臂式轮廓检测方法对待测面进行检测，获得加工前多条采样轮廓弧线坐标值；

步骤三：对步骤二获得的加工前多条采样轮廓弧线坐标值采用最小二乘方法进行倾斜拟合，得到待测面加工前摆臂式轮廓检测装置中采样轮廓弧线的倾斜值；

步骤四：移走摆臂式轮廓检测装置，对待测面进行加工，加工完成后清洗待测工件表面；

步骤五：根据步骤一中获得的位置读数将摆臂式轮廓检测装置移回，并重复步骤二对加工后的待测面进行面形检测，获得加工后多条采样轮廓弧线坐标值；

步骤六：对步骤五中获得的加工后多条采样轮廓弧线坐标值采用最小二乘方法进行倾斜拟合，得到待测面加工后摆臂式轮廓检测装置中采样轮廓弧线的倾斜值；

步骤七；将步骤六与步骤三的倾斜值作差，从倾斜差值中提取获得待测面面形加工前后的离焦量变化值。

2.根据权利要求1所述的基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，每个采样轮廓弧线的坐标值通用表达式为：

x＝Lcosβ+L (1)

y＝Lsinβ (2)

其中：L为测头至气浮转台旋转轴的垂直矩离；

β为气浮转台摆动角度。

3.根据权利要求2所述的基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，经步骤三和步骤六的倾斜拟合的通用方程为：

其中：(x_ij，y_ij，z_ij)为第i条轮廓弧线的第j个采样点的位置坐标值。

4.根据权利要求3所述的基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，采样轮廓弧线的倾斜姿态表达式为：

z＝ax+by+c (4)

其中：a为单条采样轮廓弧线拟合平面沿X方向的倾斜，b为单条采样轮廓弧线拟合平面沿Y方向的倾斜，c为气浮转台沿Z方向的平移。

5.根据权利要求4所述的基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，将步骤六与步骤三的倾斜值作差具体为：

通过公式(1)-(3)并参考公式(4)的表达形式，获得待测面加工前的面形采样轮廓弧线倾斜拟合式(5)以及加工后的面形采样轮廓弧线倾斜拟合式(6)，表示为：

z₁＝a₁·L·cosβ+a₁·L+b₁·L·sinβ+c₁ (5)

z₂＝a₂·L·cosβ+a₂·L+b₂·L·sinβ+c₂ (6)

将加工后和加工前的采样轮廓弧线的倾斜拟合值作差可得差值ΔZ：

Δz＝z₂-z₁＝(a₂-a₁)·L·cosβ+(a₂-a₁)·L+(b₂-b₁)·L·sinβ+(c₂-c₁) (7)。

6.根据权利要求5所述的基于摆臂式轮廓检测的面形离焦量变化值的测量方法，其特征在于，步骤七所述的从倾斜差值中提取获得待测面面形加工前后的离焦量变化值具体为：

待测工件离焦量的形式表示为：

其中，coe为离焦量的系数值；r为待测工件外径；

结合公式(1)和(2)待测工件离焦量值即为：

当单条轮廓弧线的直径2L等于待测面半径r时，面形的离焦量值表示为：

结合公式(5)公式(6)以及公式(7)，待测工件面形加工前后的轮廓弧线倾斜差值中与面形离焦量相关的部分为(a₂-a₁)·L·cosβ，面形离焦项的系数为：

coe＝(a₂-a₁)·L (11)

面形离焦量的变化值即为：

ΔZ_pow＝(a₂-a₁)·L·cosβ (12)；

当待测面半径r不等于单条轮廓弧线的直径2L，通过对cosβ前的系数进行匹配以提取面形离焦信息，即获得面形加工前后的面形离焦项的系数为：

面形离焦量的变化值即为：