纳米级复杂曲面多功能柔性原位测量关键基础技术的研究

纳米级复杂曲面零部件关系国民经济、国防安全和国家制造业核心竞争力，目前航空航天、国防、新能源等领域对其面形精度提出越来越高的要求。本项目围绕超精密原位测量系统的基础理论和关键技术开展面形精度控制的研究，提出一种新型纳米级精度三维面形测量和二维轮廓检测集成的原位测量原理。拟在复杂曲面超精密集成测量平台、非线性标定模型和靶标设计、大量程柔性原位测量系统装配和定位、柔性原位测量控制和测量路径规划、海量测量数据处理和误差评价等方面进行研究。设计基于激光测量和视觉检测的多功能超精密光学测量系统，基于传像光纤设计柔性测头，并基于面形特征约束进行原位测量路径规划，解决大曲率面形的测量难题，并研究高效稳健的海量测量数据评价算法，开发大量程多功能柔性原位测量系统及软件集成实验平台，实现补偿加工。研究成果将提高纳米级复杂曲面的面形精度和加工质量，提升我国高技术领域中纳米级复杂曲面零部件成形及加工技术水平。

针对光学复杂曲面的制造需求，进行原位测量及面形可控加工关键基础技术的研究。基于激光测量技术，建立接触式和非接触式高精度测量系统，系统研究测量系统的精度和稳定性等特性。提出了一种被动原位测量方法，选用微量程传感器精确测量复杂曲面面形误差数据，借助超精密机床运动机构实现大量程面形测量。研究柔性测量方法，联动控制测量路径保证测量方向与表面法矢动态一致，有效地提高测量精度；同时在测量系统中引入视觉方法，实现原位测量系统的精确对正。针对原位测量数据特点，设计数据规整和缩减算法，结合M估计理论和逼近样条滤波方法，实现测量数据的有效分离，将面形误差数据用于面形误差补偿和面形可控制造。将测量系统和方法应用于多面自由曲面器件和微透镜阵列器件等应用，实现器件的可控制造和多功能集成化的评价和分析。本项目通过三年的研究工作，已完成项目计划内容。此外为了达到项目研究目的，还对原位测量系统误差和加工表面质量的细节增强等开展研究。本项目研究过程中共发表（含收录）科技论文11篇，其中SCI收录3篇，SCI源期刊接受2篇，EI收录8篇；参加国际会议7次，发表特邀报告2次；获国家发明专利4项，申请国家发明专利8项；签订英文专著1部（2013年完稿）。