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資訊頻道1、 方案背景與目標
目前，大口徑光學元件被廣泛應用于遙感衛星、太空望遠鏡等精密光學系統中，它是高性能高精度光學系統的核心，更是精密光學制造領域明珠。雖然眾多應用場景中，光學元件的口徑變得越來越大，形狀也日趨復雜，但是其表面加工控制精度的要求越來越高，尤其是高端應用光學元件表面控制精度要求甚至達到皮米量級。大口徑光學元件表面的粗糙度、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，需要在加工過程中要做到精確定位、快速檢測、及時發現、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設備。
本方法針對大型光學元件由于尺度大、形狀復雜無法對其表面納米級物理參數進行原位測量技術難題，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主動控制等關鍵技術難題，開發大口徑自由曲面光學元件的原位納米測量機器人，實現高精度形貌（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，重點解決機器人末端執行器振動抑制問題，實現對超大尺寸、復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現大尺寸范圍運動定位，末端執行器依靠自身振動抑制系統消除機器人末端振動，并利用AFM測量系統實現納米加工和測量。本方法的整體規劃如圖：
主要研究內容包括：
（1） 低噪聲超高速納米測量技術；
（2） 三維納米減振云臺設計及其振動主動控制技術；
（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
光學器件制造產業中大口徑光學元件的原位納米測量技術在國際上一直是空白狀態，突破這項技術瓶頸將為先進光學器件制造效率提升和制造工藝優化提供有效技術支撐。利用本方法所開發的大口徑光學鏡面在線納米測量機器人具有拓展當前納米測量應用的作用，在光學元件制造領域具有很強的應用價值。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號