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資訊頻道1、 方案背景與目標
目前，大口徑光學(xué)元件被廣泛應(yīng)用于遙感衛(wèi)星、太空望遠鏡等精密光學(xué)系統(tǒng)中，它是高性能高精度光學(xué)系統(tǒng)的核心，更是精密光學(xué)制造領(lǐng)域明珠。雖然眾多應(yīng)用場景中，光學(xué)元件的口徑變得越來越大，形狀也日趨復(fù)雜，但是其表面加工控制精度的要求越來越高，尤其是高端應(yīng)用光學(xué)元件表面控制精度要求甚至達到皮米量級。大口徑光學(xué)元件表面的粗糙度、平整度以及缺陷是研磨拋光過程中必須要檢測的重要參數(shù)，需要在加工過程中要做到精確定位、快速檢測、及時發(fā)現(xiàn)、妥善處理，否則任何遺留缺陷的非正常能量聚集有可能損害器件乃至整個設(shè)備。
本方法針對大型光學(xué)元件由于尺度大、形狀復(fù)雜無法對其表面納米級物理參數(shù)進行原位測量技術(shù)難題，突破低噪聲超高速納米測量、三維納米減振云臺設(shè)計及其振動主動控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，開發(fā)大口徑自由曲面光學(xué)元件的原位納米測量機器人，實現(xiàn)高精度形貌（包括劃痕、缺陷）以及粗糙度等參數(shù)的精確測量，提升極端測量能力。
2、 方案詳細介紹
本項目主要借鑒鳥頭防抖增穩(wěn)原理構(gòu)建多自由度大行程納米操控與測量系統(tǒng)，重點解決機器人末端執(zhí)行器振動抑制問題，實現(xiàn)對超大尺寸、復(fù)雜曲面形狀工件任意點納米加工和測量。主要包括多自由度機器人及其控制器、末端執(zhí)行器及其控制系統(tǒng)、人機交互軟件系統(tǒng)，其中末端執(zhí)行器包括振動抑制系統(tǒng)和AFM測量系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能利用多自由度機器人實現(xiàn)大尺寸范圍運動定位，末端執(zhí)行器依靠自身振動抑制系統(tǒng)消除機器人末端振動，并利用AFM測量系統(tǒng)實現(xiàn)納米加工和測量。本方法的整體規(guī)劃如圖：
主要研究內(nèi)容包括：
（1） 低噪聲超高速納米測量技術(shù)；
（2） 三維納米減振云臺設(shè)計及其振動主動控制技術(shù)；
（3） 基于末端三維坐標實時反饋的機器人高精度定位補償控制；
（4） 多自由度機器人與自穩(wěn)定終端執(zhí)行器系統(tǒng)集成及應(yīng)用測試。
面向大口徑自由曲面光學(xué)元件的原位納米測量機器人示意圖
3、 代表性及推廣價值
光學(xué)器件制造產(chǎn)業(yè)中大口徑光學(xué)元件的原位納米測量技術(shù)在國際上一直是空白狀態(tài)，突破這項技術(shù)瓶頸將為先進光學(xué)器件制造效率提升和制造工藝優(yōu)化提供有效技術(shù)支撐。利用本方法所開發(fā)的大口徑光學(xué)鏡面在線納米測量機器人具有拓展當(dāng)前納米測量應(yīng)用的作用，在光學(xué)元件制造領(lǐng)域具有很強的應(yīng)用價值。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號