大口径反射镜加工机床精确对准方法

摘要

大口径反射镜加工机床精确对准方法，属于光学加工与检测技术领域，为解决现有技术对准精度低的问题，该方法是，将两套成像采集系统分别固连在机床加工磨头和检测探头上的实时成像采集系统；成像采集系统畸变标定；拍摄粘贴在待加工镜体非工作区的大、小点对靶标，对比当前位置和初始参考位置靶标图像大、小点坐标变化，计算两位置的相对旋转角和平移量，重复这些步骤，遍历镜体后获得镜体的面形检测分布，指导机床的精确对准，机床加工磨头和检测探头与待加工镜体之间的高对准精度为加工磨头的遍历轨迹与依照检测面形规划的加工轨迹的高度一致性提供了保证，可以得到加工精度更高的面形。

主权项

大口径反射镜加工机床精确对准方法，其特征是，包括以下步骤，步骤一：选择两套均匀照明光源、小畸变定焦镜头及小像元尺寸、高信噪比成像传感器组成两套成像采集系统，分别安装在反射镜加工机床的加工磨头和检测探头的合适位置，保证系统对焦清晰，像面全视场照度均匀；步骤二：在待加工镜体非工作区任意位置粘贴网格靶标，将加工磨头移动至该靶标上方，以机械对准方法保证靶标充满成像系统全视场，采集靶标图像，计算像面上每个网格焦点的坐标，再根据网格焦点坐标及已知网格的实际物理尺寸，计算成像采集系统各视场的畸变系数，进而计算系统全视场畸变校正矩阵；按照上述方法，将检测探头移动至该靶标上方，采集靶标图像，以同样的方法计算检测探头成像采集系统各视场的畸变系数和全视场畸变校正矩阵；至此，成像采集系统畸变标定完成；步骤三：在待加工镜体非工作区任意位置粘贴大、小点对目标组靶标，将检测探头移动至该靶标上方，以机械对准方法保证靶标在成像采集系统中心视场附近，采集靶标图像A，以此记录待加工镜体、加工磨头及检测探头坐标系的初始原点位置；以步骤二中成像采集系统全视场畸变校正矩阵处理图像A，然后计算初始原点位置图像中大、小两点的质心坐标(X_A1,Y_A1)和(X_A2,Y_A2)，再计算像面上两点之间的相对距离d_A：$d_A=\sqrt{{(X_{A1}-X_{A2})}^2+{(Y_{A1}-Y_{A2})}^2}$已知两点实际物理距离D，计算检测探头成像采集系统放大倍率β_T：${\beta }_T=\frac{d_A}{D};$步骤四：检测探头扫描整个镜体，完成镜体面形检测；以此检测结果进行加工路径和驻留时间规划，制作数控机床加工文件；步骤五：移开检测探头，将加工磨头移动至大、小点对目标组靶标上方，以机械定位方式完成粗对准，保证该靶标在成像系统中心视场附近，采集靶标图像B；同样在进行畸变校正后计算该图像中大、小两点的质心坐标(X_B1,Y_B1)和(X_B2,Y_B2)；计算像面上两点之间的相对距离d_B；计算加工磨头成像采集系统放大倍率β_M：${\beta }_M=\frac{d_B}{D}$若β_M≠β_T，则微调加工磨头成像采集系统的高度直至两者相等；放大倍率调整完毕后，重新采集此时的靶标图像C并进行畸变校正；步骤六：以初始原点位置图像A的大、小两点坐标计算通过此两点的直线解析表达式：y＝k₁x+b₁同样计算图像C中通过大、小两点的直线解析表达式：y＝k₂x+b₂式中b₁和b₂是直线是图像Y轴交点，k₁和k₂是直线斜率，即$\left\{\begin{array}{c}{k}_1=\mathrm{tg}{\alpha }_1\\ k_2=\mathrm{tg}{\alpha }_2\end{array}\right.$α₁和α₂是直线与图像X轴的夹角，定义逆时针旋转为正方向，因此两幅图像的相对旋转角θ是：θ＝α₂‑α₁＝arctg(k₂)‑arctg(k₁)旋转角θ的定义域为[0,2π]，而α₁和α₂的定义域是[‑π/2,π/2]；步骤七：以初始原点位置图像A的大、小两点坐标计算通过此两点的线段中点坐标(X_MA,Y_MA)；同样计算图像C中通过大、小两点的线段中点坐标(X_MC,Y_MC)，那么两幅图像的相对两维平移量为：$\left\{\begin{array}{c}{d}_X=X_{\mathrm{MC}}-X_{\mathrm{MA}}\\ d_Y=Y_{\mathrm{MC}}-Y_{\mathrm{MA}}\end{array}\right.;$步骤八：根据旋转角θ调整加工转台，根据平移量d_X，d_Y调整加工磨头在待加工镜体上方的位置，完成精确对准；导入步骤四中生成的加工文件，加工磨头开始遍历整个镜体；步骤九：每次完成一个加工周期，需要进行检测时，则将步骤五至步骤八中的加工磨头替换为检测探头，参考图像仍是初始原点位置图像A，重复这些步骤，遍历镜体后获得镜体的面形检测分布，规划下一周期的加工路径和驻留时间，制作加工文件；每次根据检测结果进行下一周期加工时，则重复步骤五至步骤八。