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资讯频道1、 方案背景与目标
目前，大口径光学元件被广泛应用于遥感卫星、太空望远镜等精密光学系统中，它是高性能高精度光学系统的核心，更是精密光学制造领域明珠。虽然众多应用场景中，光学元件的口径变得越来越大，形状也日趋复杂，但是其表面加工控制精度的要求越来越高，尤其是高端应用光学元件表面控制精度要求甚至达到皮米量级。大口径光学元件表面的粗糙度、平整度以及缺陷是研磨抛光过程中必须要检测的重要参数，需要在加工过程中要做到精确定位、快速检测、及时发现、妥善处理，否则任何遗留缺陷的非正常能量聚集有可能损害器件乃至整个设备。
本方法针对大型光学元件由于尺度大、形状复杂无法对其表面纳米级物理参数进行原位测量技术难题，突破低噪声超高速纳米测量、三维纳米减振云台设计及其振动主动控制等关键技术难题，开发大口径自由曲面光学元件的原位纳米测量机器人，实现高精度形貌（包括划痕、缺陷）以及粗糙度等参数的精确测量，提升极端测量能力。
2、 方案详细介绍
本项目主要借鉴鸟头防抖增稳原理构建多自由度大行程纳米操控与测量系统，重点解决机器人末端执行器振动抑制问题，实现对超大尺寸、复杂曲面形状工件任意点纳米加工和测量。主要包括多自由度机器人及其控制器、末端执行器及其控制系统、人机交互软件系统，其中末端执行器包括振动抑制系统和AFM测量系统。系统主要功能利用多自由度机器人实现大尺寸范围运动定位，末端执行器依靠自身振动抑制系统消除机器人末端振动，并利用AFM测量系统实现纳米加工和测量。本方法的整体规划如图：
主要研究内容包括：
（1） 低噪声超高速纳米测量技术；
（2） 三维纳米减振云台设计及其振动主动控制技术；
（3） 基于末端三维坐标实时反馈的机器人高精度定位补偿控制；
（4） 多自由度机器人与自稳定终端执行器系统集成及应用测试。
面向大口径自由曲面光学元件的原位纳米测量机器人示意图
3、 代表性及推广价值
光学器件制造产业中大口径光学元件的原位纳米测量技术在国际上一直是空白状态，突破这项技术瓶颈将为先进光学器件制造效率提升和制造工艺优化提供有效技术支撑。利用本方法所开发的大口径光学镜面在线纳米测量机器人具有拓展当前纳米测量应用的作用，在光学元件制造领域具有很强的应用价值。
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