一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開一種大口徑球面誤差測(cè)量及方法，特別是一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法，屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，對(duì)大口徑光學(xué)零件的精度要求越來(lái)越高。現(xiàn)有的大口徑商用干涉儀價(jià)格昂貴，而且對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求較高，采用小孔徑的干涉儀利用拼接方法可以降低成本。但其被測(cè)球面的安裝調(diào)整較為困難，限制了此方法的發(fā)展。
[0003]針對(duì)大口徑光學(xué)球面的干涉拼接測(cè)量，查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，都是采用高精度的移動(dòng)和傾斜平臺(tái)對(duì)被測(cè)件進(jìn)行調(diào)整，成本較高，而且采用移動(dòng)和傾斜來(lái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)球面的旋轉(zhuǎn)，有原理和操作上的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法。結(jié)合球面誤差的拼接干涉測(cè)量裝置及方法，設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)式的被測(cè)球面的安裝調(diào)整機(jī)構(gòu)及其調(diào)整方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)球面的快速、有效、精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)球面的測(cè)量，而且節(jié)約成本。
[0005]利用拼接思想測(cè)量球面零件，采用小孔徑的干涉儀每次測(cè)量被測(cè)球面的一部分，然后進(jìn)行拼接檢測(cè)。測(cè)量過(guò)程中被測(cè)球面不僅要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，還要使被測(cè)球面的球心與干涉儀產(chǎn)生的球面波的焦點(diǎn)重合，在被測(cè)球面旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被測(cè)球面的球心要與球面波焦點(diǎn)重合。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)由七自由度的調(diào)整分量構(gòu)成，先用兩個(gè)水平移動(dòng)自由度使被測(cè)球面的球心與調(diào)整臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心線重合，再使用兩個(gè)水平移動(dòng)自由度和一個(gè)豎直移動(dòng)自由度使被測(cè)球面的球心與干涉儀產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)重合，可以確保被測(cè)球面在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被測(cè)球面的球心與干涉儀產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)一直重合，進(jìn)行穩(wěn)定測(cè)量；兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，調(diào)整被測(cè)球面的被測(cè)量區(qū)域，確保被測(cè)球面每個(gè)部分都能測(cè)量；該調(diào)整機(jī)構(gòu)及其調(diào)整方法最終實(shí)現(xiàn)球面零件的全口徑檢測(cè)。
[0007]根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置，包含計(jì)算機(jī)、干涉儀、氣浮平臺(tái)、被測(cè)球面、被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述干涉儀和被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)安放在氣浮平臺(tái)上，所述被測(cè)球面安裝在被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述計(jì)算機(jī)連接干涉儀，處理干涉儀采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)球面的誤差信息；所述被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)由七自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成，即五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)，和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，其中五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)用于調(diào)整被測(cè)球面的位置，使干涉儀發(fā)出的球面波的焦點(diǎn)和被測(cè)球面的球心重合，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)用于被測(cè)球面的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拼接測(cè)量。
[0008]—種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置的調(diào)整方法，用于對(duì)上述的旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)整測(cè)量，操作步驟如下: 1)根據(jù)被測(cè)球面的尺寸和干涉儀的參數(shù)，確定子孔徑的數(shù)目和分布；
2)調(diào)整干涉儀:調(diào)整干涉儀至光源模式，計(jì)算機(jī)屏幕顯示干涉儀的參考光斑；
3)調(diào)整被測(cè)球面位置:調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)中的豎直直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)屏幕顯示反射光斑；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)中的二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，在被測(cè)球面轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，使反射光斑左右運(yùn)動(dòng)振幅越來(lái)越小，直至振幅為0，光斑不動(dòng)；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)中的剩余二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)屏幕中反射光斑和參考光斑重合，切換干涉儀至條紋模式，進(jìn)行精確調(diào)整，直至產(chǎn)生清晰的直干涉條紋；
4)利用干涉儀獲取被測(cè)球面的第一個(gè)子孔徑，調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，獲取其他子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)；
5)利用計(jì)算機(jī)對(duì)干涉儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:利用澤尼克多項(xiàng)式對(duì)每個(gè)子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行去傾斜和去離焦處理，減小調(diào)整誤差；利用誤差均化拼接算法進(jìn)行拼接，以干涉儀獲取的第一個(gè)子孔徑為基準(zhǔn)子孔徑，將所有子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)子孔徑坐標(biāo)系之下，利用子孔徑重疊部分的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到所有子孔徑相對(duì)基準(zhǔn)子孔徑的定位誤差，去除定位誤差，獲取被測(cè)球面的完整面形。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法能夠方便、快速、精確、非接觸無(wú)損傷地調(diào)整球面被測(cè)件，使其滿足測(cè)量要求；采用拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)被測(cè)件的全口徑檢測(cè)，而且成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是干涉拼接測(cè)量裝置調(diào)整方法流程圖。
[0012]圖3是被測(cè)球面子孔徑分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0014]如圖1所示，一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置，包含計(jì)算機(jī)1、干涉儀2、氣浮平臺(tái)3、被測(cè)球面4、被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5，所述干涉儀2和被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5安放在氣浮平臺(tái)3上，所述被測(cè)球面4安裝在被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5上，所述計(jì)算機(jī)1連接干涉儀2，處理干涉儀2采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)球面4的誤差信息；所述被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5由七自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成，即五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)，和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，其中五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)用于調(diào)整被測(cè)球面4的位置，使干涉儀2發(fā)出的球面波的焦點(diǎn)和被測(cè)球面4的球心重合，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)用于被測(cè)球面4的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拼接測(cè)量。
[0015]所述計(jì)算機(jī)1上安裝有測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件。
[0016]所述干涉儀2是Zygo公司型號(hào)為GPI XP/D的干涉儀，640X480CCD圖像采集，采用激光三維相移干涉法，激光發(fā)生器為氦-氖激光波長(zhǎng)632.8nm，能產(chǎn)生一束標(biāo)準(zhǔn)平面波，平面測(cè)量精度達(dá)到λ/20。。
[0017]所述氣浮平臺(tái)3是用來(lái)安放干涉儀2和被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5，減小測(cè)量過(guò)程中振動(dòng)引起的誤差。
[0018]如圖2所示，一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置的調(diào)整方法，用于對(duì)上述的旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)整測(cè)量，操作步驟如下:
1)根據(jù)被測(cè)球面4的尺寸和干涉儀2的參數(shù)，確定子孔徑的數(shù)目和分布，如圖3所示；
2)調(diào)整干涉儀2:調(diào)整干涉儀2至光源模式，計(jì)算機(jī)1屏幕顯示干涉儀2的參考光斑；
3)調(diào)整被測(cè)球面4位置:調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5中的豎直直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)1屏幕顯示反射光斑；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5中的二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，在被測(cè)球面4轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，使反射光斑左右運(yùn)動(dòng)振幅越來(lái)越小，直至振幅為0，光斑不動(dòng)；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5中的剩余二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)1屏幕中反射光斑和參考光斑重合，切換干涉儀2至條紋模式，進(jìn)行精確調(diào)整，直至產(chǎn)生清晰的直干涉條紋；
4)利用干涉儀2獲取被測(cè)球面4的第一個(gè)子孔徑，調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)5的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，獲取其他子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)；
5)利用計(jì)算機(jī)1對(duì)干涉儀2采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:利用澤尼克多項(xiàng)式對(duì)每個(gè)子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行去傾斜和去離焦處理，減小調(diào)整誤差；利用誤差均化拼接算法進(jìn)行拼接，以干涉儀2獲取的第一個(gè)子孔徑為基準(zhǔn)子孔徑，將所有子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)子孔徑坐標(biāo)系之下，利用子孔徑重疊部分的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到所有子孔徑相對(duì)基準(zhǔn)子孔徑的定位誤差，去除定位誤差，獲取被測(cè)球面的完整面形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置，包含計(jì)算機(jī)(1)、干涉儀(2)、氣浮平臺(tái)(3)、被測(cè)球面(4)、被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)，其特征在于:所述干涉儀(2)和被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)安放在氣浮平臺(tái)(3)上，所述被測(cè)球面(4)安裝在被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)上，所述計(jì)算機(jī)(1)連接干涉儀(2)，處理干涉儀(2)采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)球面(4)的誤差信息；所述被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)由七自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成，即五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)，和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，其中五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)用于調(diào)整被測(cè)球面(4)的位置，使干涉儀(2)發(fā)出的球面波的焦點(diǎn)和被測(cè)球面(4)的球心重合，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)用于被測(cè)球面(4)的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拼接測(cè)量。2.一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置的調(diào)整方法，用于對(duì)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)整測(cè)量，其特征在于，操作步驟如下: 1)根據(jù)被測(cè)球面(4)的尺寸和干涉儀(2)的參數(shù)，確定子孔徑的數(shù)目和分布； 2)調(diào)整干涉儀(2):調(diào)整干涉儀(2)至光源模式，計(jì)算機(jī)(1)屏幕顯示干涉儀(2)的參考光斑； 3)調(diào)整被測(cè)球面(4)位置:調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)中的豎直直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)(1)屏幕顯示反射光斑；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)中的二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，在被測(cè)球面(4)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，使反射光斑左右運(yùn)動(dòng)振幅越來(lái)越小，直至振幅為0，光斑不動(dòng)；調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)中的剩余二自由度水平直線移動(dòng)平臺(tái)，使計(jì)算機(jī)(1)屏幕中反射光斑和參考光斑重合，切換干涉儀(2)至條紋模式，進(jìn)行精確調(diào)整，直至產(chǎn)生清晰的直干涉條紋； 4)利用干涉儀(2)獲取被測(cè)球面(4)的第一個(gè)子孔徑，調(diào)整被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，獲取其他子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)； 5)利用計(jì)算機(jī)(1)對(duì)干涉儀(2)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:利用澤尼克多項(xiàng)式對(duì)每個(gè)子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行去傾斜和去離焦處理，減小調(diào)整誤差；利用誤差均化拼接算法進(jìn)行拼接，以干涉儀(2)獲取的第一個(gè)子孔徑為基準(zhǔn)子孔徑，將所有子孔徑的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)子孔徑坐標(biāo)系之下，利用子孔徑重疊部分的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到所有子孔徑相對(duì)基準(zhǔn)子孔徑的定位誤差，去除定位誤差，獲取被測(cè)球面的完整面形。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式球面干涉拼接測(cè)量裝置，包含計(jì)算機(jī)、干涉儀、氣浮平臺(tái)、被測(cè)球面、被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述干涉儀和被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)安放在氣浮平臺(tái)上，所述被測(cè)球面安裝在被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)上，所述計(jì)算機(jī)連接干涉儀，處理干涉儀采集的測(cè)量數(shù)據(jù)，獲取被測(cè)球面的誤差信息；所述被測(cè)件調(diào)整機(jī)構(gòu)由七自由度調(diào)整機(jī)構(gòu)構(gòu)成，即五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)，和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，其中五個(gè)直線移動(dòng)平臺(tái)用于調(diào)整被測(cè)球面的位置，使干涉儀發(fā)出的球面波的焦點(diǎn)和被測(cè)球面的球心重合，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)用于被測(cè)球面的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拼接測(cè)量。本裝置可以減小被測(cè)球面的調(diào)整誤差，提高測(cè)量精度，通過(guò)干涉拼接獲取被測(cè)球面的完整面形。
【IPC分類】G01B11/24
【公開號(hào)】CN105371782
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510871271
【發(fā)明人】于瀛潔, 宋琨鵬, 汪清泉, 齊特, 郭紅衛(wèi)
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年12月2日