1、 方案背景與目標

目前，大口徑光學(xué)元件被廣泛應用于遙感衛星、太空望遠鏡等精密光學(xué)系統中，它是高性能高精度光學(xué)系統的核心，更是精密光學(xué)制造領(lǐng)域明珠。雖然眾多應用場(chǎng)景中，光學(xué)元件的口徑變得越來(lái)越大，形狀也日趨復雜，但是其表面加工控制精度的要求越來(lái)越高，尤其是高端應用光學(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(guò)程中必須要檢測的重要參數，需要在加工過(guò)程中要做到精確定位、快速檢測、及時(shí)發(fā)現、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(gè)設備。

本方法針對大型光學(xué)元件由于尺度大、形狀復雜無(wú)法對其表面納米級物理參數進(jìn)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計及其振動(dòng)主動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，開(kāi)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(shí)現高精度形貌（包括劃痕、缺陷）以及粗糙度等參數的精確測量，提升極端測量能力。

2、 方案詳細介紹

本項目主要借鑒鳥(niǎo)頭防抖增穩原理構建多自由度大行程納米操控與測量系統，重點(diǎn)解決機器人末端執行器振動(dòng)抑制問(wèn)題，實(shí)現對超大尺寸、復雜曲面形狀工件任意點(diǎn)納米加工和測量。主要包括多自由度機器人及其控制器、末端執行器及其控制系統、人機交互軟件系統，其中末端執行器包括振動(dòng)抑制系統和AFM測量系統。系統主要功能利用多自由度機器人實(shí)現大尺寸范圍運動(dòng)定位，末端執行器依靠自身振動(dòng)抑制系統消除機器人末端振動(dòng)，并利用AFM測量系統實(shí)現納米加工和測量。本方法的整體規劃如圖：

主要研究?jì)热莅ǎ?/p>

（1）     低噪聲超高速納米測量技術(shù)；

（2）     三維納米減振云臺設計及其振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)；

（3）     基于末端三維坐標實(shí)時(shí)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定終端執行器系統集成及應用測試。

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(jià)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(jìn)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(kāi)發(fā)的大口徑光學(xué)鏡面在線(xiàn)納米測量機器人具有拓展當前納米測量應用的作用，在光學(xué)元件制造領(lǐng)域具有很強的應用價(jià)值。