專利名稱：透鏡面形偏差檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及小型球面干涉儀，特別適用于在線無損檢驗球面鏡片曲率半徑偏差、象散偏差、局部偏差的球面干涉儀。
背景技術(shù)：
被檢光學(xué)表面相對于參考光學(xué)表面的偏差稱面形偏差，面形偏差包括三項半徑偏差、象散偏差、局部偏差。檢驗拋光后的光學(xué)零件面形偏差通常采用光學(xué)樣板或干涉儀，檢驗方法都是根據(jù)光的干涉原理，在光學(xué)車間檢驗光學(xué)零件的面形偏差，常用的方法有干涉圖樣法和陰影法。 干涉圖樣法可分為接觸法(即樣板法)和非接觸法(即干涉儀法)。目前光學(xué)加工企業(yè)在線檢測常用光學(xué)樣板對加工鏡片接觸加壓觀察干涉環(huán)，由于直接接觸加壓，對鏡片的表面光潔度造成破壞，使得高精度光學(xué)鏡片的加工過程中好不容易達到了面形精度，檢驗過程又破壞了表面光潔，而且光學(xué)樣板在使用過程中因磨損會給測量結(jié)果帶來不易察覺的誤差，造成反復(fù)返工甚至報廢、大大降低了生產(chǎn)效率、增加了生產(chǎn)成本。激光檢測技術(shù)屬于非接觸式測量技術(shù)，與接觸式測量方法相比，干涉測量有更高的靈敏度和準確度，更高的效率，不會損傷測量表面，不易受被測對象表面狀態(tài)影響等優(yōu)點，擴大了測量范圍，在精密、超精密加工測量和實時測控的諸多領(lǐng)域中均獲得廣泛的應(yīng)用。 泰曼型干涉測量和斐索型干涉測量是目前兩種最為經(jīng)典、應(yīng)用也很廣泛的干涉測量技術(shù)。目前實驗室里、國內(nèi)外的各種類型干涉儀可以實現(xiàn)對平面和球面光學(xué)零件面形的精確測量，能夠達到較高的測量精度但是儀器價格昂貴；在目前的泰曼-格林型、斐索型球面干涉儀，測量原理都是通過調(diào)節(jié)待測鏡片的球心與有標準鏡頭射出的標準球面波光束會聚中心相重合，通過干涉條紋的判讀方法，定量處理分析被測鏡片的面形偏差。其檢測如圖 1所示，空間同光軸間隔自左至右依次分布點光源、分束鏡、有限共軛距物鏡、后表面可實現(xiàn)半透半反的標準鏡頭、待測透鏡，點光源經(jīng)過有限共軛距物鏡后形成一束平行光，繼續(xù)前進在標準鏡頭的后表面(基準面)，部分反射為參考光束；部分透射并經(jīng)過待測透鏡的被測面發(fā)射為檢測光束。檢測光束自準直返回，與參考光束重合，形成等厚干涉條紋，兩束光束經(jīng)過分束鏡反射后進入觀察區(qū)域。通過分析干涉條紋情況可實現(xiàn)對待測透鏡的被測面的面行偏差的檢測。這樣測量范圍受到標準鏡頭相關(guān)孔徑的限制，需要多種規(guī)格的標準鏡頭，并且需要一定長度的導(dǎo)軌來實現(xiàn)待測透鏡的移動，使基準面的球心與被測面的球心重合。目前的球面干涉儀只能測量出被測球面面形的局部偏差，干涉圖不能反映曲率半徑相對名義值的偏差，所以在實際儀器上帶有專門用來測量被測球面曲率半徑的附加系統(tǒng)。因此，光學(xué)加工企業(yè)非常迫切的需要現(xiàn)場應(yīng)用、特別是對加工過程中的在線檢測的小型化、價格低廉的面形檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)在線快速無損檢驗球面鏡片的曲率半徑偏差、象散偏差、局部偏差，提高生產(chǎn)效率。發(fā)明專利200310122011. 9改進型邁克爾遜干涉儀公開了一種分光器，該分光器是由兩片完全相同的等邊直角棱鏡接和而成的分光棱鏡，且在接和面上鍍有一層半透半反膜，它可以實現(xiàn)光束的透鏡和反射。它用于波長的測定，未應(yīng)用到透鏡的面形偏差檢測。待測透鏡處于待測位置其幾何位置需要作χ、y、ζ軸空間三方向平動及其球面朝向，光軸相對角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)才能滿足精確檢測，中國專利97231037. 1三維工作臺公開了一種χ、ι、ζ軸調(diào)節(jié)裝置，但不能作旋轉(zhuǎn)及偏擺。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于克服上述缺陷，提供一種透鏡面形偏差檢測裝置。本實用新型裝置方案是裝置包括接和面鍍有半透半反膜的分光器，其特征在于 分光器正下方設(shè)置的定位固定的擴束整形裝置、擴束整形裝置正下方的定位固定的檢測光源、分光器正右方的定位固定的光學(xué)樣板、分光器正左方的觀察接收屏、分光器正上方的定位圈口、定位圈口上方設(shè)置的待測透鏡組成，定位圈口為短管狀體，管狀體上端面均布固定有三個相同的鋼球，擴束整形裝置的光束的中心軸線與光學(xué)樣板的光軸相交于分光器的接和面上，觀察接收屏垂直于光學(xué)樣板的光軸。本實用新型優(yōu)點在于1、用光學(xué)車間里現(xiàn)有的各種不同曲率半徑的光學(xué)樣板代替價格昂貴的標準鏡頭產(chǎn)生干涉的參考波前。同時可以實現(xiàn)對透鏡球面曲率半徑的測量，指導(dǎo)工人修改光圈，可實現(xiàn)快速無損非接觸在線檢測，大大提高檢驗效率和成品率。2、不用長導(dǎo)軌，使儀器小型化。3、定位圈口的上端面的三個定位鋼球可以實現(xiàn)放置其上的透鏡基準面或待測面所在球面的球心處于三個鋼球組成的三角形的幾何中心垂線上，該垂線與擴束整形裝置的光束的中心軸線重合，并且對于透鏡相同曲率半徑的基準面或待測面，其所在球面的球心處于相同位置，將定位圈口上的光學(xué)樣板換成待測透鏡時不用進行再調(diào)節(jié)就可以得到干涉條紋，提高了檢測效率。4、可以實現(xiàn)對待測透鏡的待測面的曲率半徑的計算。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)斐索干涉原理圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為五維平轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為鏡盤托架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為兩個同形狀等腰三角棱鏡接和體示意圖。圖6為兩個同形狀長方體接和體示意圖。圖中1.分光器，2.光學(xué)樣板，2a.光學(xué)樣板2的基準面，3.擴束整形裝置，4.檢測光源，5.觀察接收屏，6.光學(xué)樣板，6a.光學(xué)樣板6的基準面，7.定位圈口，8.萬向節(jié)上座， 9.萬向節(jié)下座，10.螺桿，11.萬向桿，12.三維工作臺，13.鏡盤托架，14.待測透鏡，14a.待測透鏡的待測面
具體實施方式
本實用新型裝置包括接和面鍍有半透半反膜的分光器1，其特征在于定位固定的分光器1正下方設(shè)置的定位固定的擴束整形裝置3、擴束整形裝置3正下方的定位固定的檢測光源4、分光器1正右方的定位固定的光學(xué)樣板2、分光器1正左方的觀察接收屏5、分光器1正上方的定位圈口 7、定位圈口 7上方設(shè)置的待測透鏡14組成，定位圈口 7為短管狀體，管狀體上端面均布固定有三個相同的鋼球，擴束整形裝置3的光束的中心軸線與光學(xué)樣板2的光軸相交于分光器1的接和面上，觀察接收屏5垂直于光學(xué)樣板2的光軸。分光器1是兩個同形狀等邊直角棱鏡接和體或是兩個同形狀等腰三角棱鏡接和體或是兩個同形狀長方體接和體，上述三種接和體的接和面在裝置中處于與光學(xué)樣板2光軸45度交角狀態(tài)，三者光學(xué)原理是等同的。設(shè)置有五維平轉(zhuǎn)工作臺，工作臺結(jié)構(gòu)為三維工作臺12頂面上固定一個萬向桿11， 萬向桿11頂部為一個大于半球形的球臺，球臺上部套合有萬向節(jié)上座8，萬向節(jié)上座8下部中央為半球狀空腔凹槽，另設(shè)置有兩個對稱的萬向節(jié)下座9，兩個萬向節(jié)下座9合體后上部呈球臺狀空腔，球臺狀空腔下部為圓孔，萬向節(jié)上座8與萬向節(jié)下座9將萬向桿11球臺套合包裹其中后，四螺桿10穿過萬向節(jié)下座9的通孔后擰合在萬向節(jié)上座8的螺紋孔中實施定位；萬向節(jié)上座8延展有邊側(cè)板，邊側(cè)板中設(shè)置有臺階孔，臺階孔上孔直徑與定位圈口 7管狀體外徑呈動配合狀態(tài)，臺階孔下孔直徑小于定位圈口 7外徑但大于定位圈口 7內(nèi)徑。分光器各有效透射面鍍有增透膜。上述三維工作臺12為中國專利號97231037. 1的現(xiàn)有技術(shù)，由于萬向節(jié)上下座與萬向桿11的套合為過渡配合，兩者之間有阻尼力作用，所以在調(diào)節(jié)過程中間定位圈口 7可以實施定位阻尼轉(zhuǎn)動及偏擺，五維平轉(zhuǎn)工作臺可作五維調(diào)節(jié)。將另一個相同形狀的光學(xué)樣板6靠緊在定位圈口 7的上端面上，從檢測光源4射出的細光束入射到用于擴大該激光光束直徑的擴束整形裝置3，由該擴束整形裝置3擴束到適應(yīng)于檢測口徑的光束直徑為止，該光束可以是平行光束或發(fā)散光束。當光束入射到分光器1的半透半反表面分成兩束光束，一束光束沿著光軸X方向射向分光器1正右方的定位固定的光學(xué)樣板2的基準面加，經(jīng)反射后沿原路返回，形成參考波前。另一束光束沿光軸Y反方向射向定位圈口 7上的光學(xué)樣板6的基準面6a，經(jīng)反射后沿原路返回，形成測試波前。參考波前與測試波前經(jīng)分光棱鏡匯合后形成干涉，在觀察接收屏5處可以觀察到干涉條紋。通過五維平轉(zhuǎn)工作臺調(diào)節(jié)使定位圈口 7上的光學(xué)樣板6的光軸與擴束整形裝置 3的光束的中心軸線重合，并在中心軸線方向上下移動使兩束光束的光程大致相等，在觀察接收屏5上可以觀察到干涉條紋，而且參考波前和測試波前在前后很大范圍內(nèi)重疊在一起，因此可在很大的深度范圍內(nèi)觀察到清晰的干涉條紋。觀察干涉條紋，調(diào)節(jié)五維平轉(zhuǎn)工作臺使定位圈口 7上的光學(xué)樣板6在中心軸線方向上下移動，當干涉條紋數(shù)目最少時，此時的位置即為光學(xué)樣板2的基準面加與光學(xué)樣板6的基準面6a距離分光器1的中心等間距的位置，固定定位圈口 7的位置。觀察接收屏5沿光學(xué)樣板2的光軸中心線方向可以前后移動，以便得到合適的干涉圖樣。檢測凸待測透鏡14時則用凸光學(xué)樣板2，檢測凹檢測透鏡14時則用凹光學(xué)樣板 2。將定位圈口 7上的光學(xué)樣板6換成鏡盤托架13上的待測透鏡14，定位圈口 7的上端面的三個定位鋼球可以實現(xiàn)放置其上的待測透鏡的待測面Ha所在球面的球心處于三個鋼球組成的三角形的幾何中心垂線上，該垂線與擴束整形裝置3的光束的中心軸線重合，并且待測透鏡的待測面Ha所在球面的球心處于相同位置，不用進行再調(diào)節(jié)就可以得到干涉條紋，再由此時干涉條紋的圖像特征經(jīng)過分析計算，就可以得到待測透鏡的待測面 14a的半徑偏差、象散偏差、局部偏差等，分光器1正右方的定位固定的光學(xué)樣板2的基準面加的曲率半徑可以由球徑儀等儀器精確測量得到，由此可以計算得到待測透鏡的待測面14a的曲率半徑。 還可以通過在光學(xué)樣板2上裝有壓電陶瓷移相器，驅(qū)動光學(xué)樣板2使其產(chǎn)生幾分之一波長量級的光程變化，使干涉場產(chǎn)生變化的干涉圖樣，通過對干涉圖樣的處理，自動消除干涉場中的固定噪聲和面陣探測器的不一致性。
權(quán)利要求1.透鏡面形偏差檢測裝置，包括接和面鍍有半透半反膜的分光器(1)，其特征在于定位固定的分光器(1)正下方設(shè)置的定位固定的擴束整形裝置(3)、擴束整形裝置C3)正下方的定位固定的檢測光源G)、分光器(1)正右方的定位固定的光學(xué)樣板O)、分光器(1)正左方的觀察接收屏(5)、分光器(1)正上方的定位圈口(7)、定位圈口(7)上方設(shè)置的待測透鏡(14)組成，定位圈口(7)為短管狀體，管狀體上端面均布固定有三個相同的鋼球，擴束整形裝置(3)的光束的中心軸線與光學(xué)樣板O)的光軸相交于分光器(1)的接和面上，觀察接收屏(5)垂直于光學(xué)樣板O)的光軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透鏡面形偏差檢測裝置，其特征在于設(shè)置有五維平轉(zhuǎn)工作臺，工作臺結(jié)構(gòu)為三維工作臺(12)頂面上固定一個萬向桿(11)，萬向桿(11)頂部為一個大于半球形的球臺，球臺上部套合有萬向節(jié)上座(8)，萬向節(jié)上座(8)下部中央為半球狀空腔凹槽，另設(shè)置有兩個對稱的萬向節(jié)下座(9)，兩個萬向節(jié)下座(9)合體后上部呈球臺狀空腔，球臺狀空腔下部為圓孔，萬向節(jié)上座(8)與萬向節(jié)下座(9)將萬向桿(11)球臺套合包裹其中后，四螺桿(10)穿過萬向節(jié)下座(9)的通孔后擰合在萬向節(jié)上座⑶的螺紋孔中實施定位；萬向節(jié)上座(8)延展有邊側(cè)板，邊側(cè)板中設(shè)置有臺階孔，臺階孔上孔直徑與定位圈口(7)管狀體外徑呈動配合狀態(tài)，臺階孔下孔直徑小于定位圈口(7)外徑但大于定位圈口 (7)內(nèi)徑。
專利摘要透鏡面形偏差檢測裝置，涉及小型球面干涉儀。分光器正下方設(shè)置的擴束整形裝置、檢測光源、分光器正右方的光學(xué)樣板、正左方的觀察接收屏、分光器正上方的定位圈口、待測透鏡組成，定位圈口管狀體上端面固定有三個鋼球，擴束整形裝置的光束的中心軸線與光學(xué)樣板的光軸相交于分光器的接和面上，觀察接收屏垂直于光學(xué)樣板的光軸。優(yōu)點在于先給定位圈口定位再作檢測，光學(xué)樣板代替價格昂貴的標準鏡頭產(chǎn)生干涉的參考波前，實現(xiàn)對透鏡球面曲率半徑的測量，不能長導(dǎo)軌快速無損非接觸在線檢測。定位圈口的鋼球使透鏡基準面或待測面處于同一個三角形的幾何中心垂線上，定位后，待測透鏡時不用進行再調(diào)節(jié)就可以得到干涉條紋，提高了檢測效率。
文檔編號G01B11/255GK201945437SQ20102061425
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者卓金寨, 林健, 林峰, 梁秀玲, 王敏, 韓振華 申請人:福建師范大學(xué)