一種非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種帶有Offner補償器的非球面檢測光路中光學(xué)間隔非接觸精密測量的系統(tǒng)及方法，屬于非球面檢測領(lǐng)域，該系統(tǒng)包括激光干涉儀、鏡面定位儀、Offner補償器、被測非球面鏡以及與最佳面形檢測光路共光軸的光軸指向十字分劃板；該系統(tǒng)有三條自準(zhǔn)直檢測光路，三條自準(zhǔn)直檢測光路為同一共光軸光路，即非球面面形誤差均方根RMS值最小時的最佳面形檢測光路光軸，構(gòu)建光學(xué)間隔檢測直線光軸，通過鏡面定位儀非接觸式測量檢測光路中的不同光學(xué)間隔，并將其代入光學(xué)設(shè)計軟件中進行復(fù)算可得非球面頂點曲率半徑R、二次常數(shù)K等幾何參數(shù)值。本發(fā)明專利技術(shù)測量精度約為0.05mm，檢測精度高，非接觸式測量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)及方法
本專利技術(shù)屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有Offner補償器的非球面檢測光路中光學(xué)間隔非接觸精密測量的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
在非球面鏡加工檢測過程中，經(jīng)常會借助補償器實現(xiàn)干涉檢測。補償器按類型可分為折射式光學(xué)補償器、反射式光學(xué)補償器和衍射式光學(xué)補償器。Offner補償器屬于折射式補償器中最常用的一種，一般由兩片透鏡組成，可將干涉儀發(fā)出的平面波或球面波轉(zhuǎn)換成非球面波經(jīng)被檢非球面反射后再次經(jīng)補償器回到干涉儀，與參考光束形成干涉條紋。采用激光干涉儀配備合適F數(shù)的球面標(biāo)準(zhǔn)鏡頭即可實現(xiàn)非球面面形的干涉檢測。在光學(xué)非球面的設(shè)計制造中，頂點曲率半徑R、二次常數(shù)K等幾何參數(shù)是表述非球面的重要參數(shù)，然而這兩個幾何參數(shù)不能直接測量，只有通過測量激光干涉儀標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、Offner補償器與被測非球面鏡之間的光學(xué)間隔，并將其帶入到光學(xué)設(shè)計軟件進行復(fù)算得到頂點曲率半徑R、二次常數(shù)K，所以說只有將這些檢測光路中的光學(xué)間隔控制在其設(shè)計的公差范圍內(nèi)，并能精確測量，這樣才能夠滿足非球面的加工制造檢測及使用要求。目前，對于帶有Offner補償器的非球面檢測光路光學(xué)間隔通常采用鋼卷尺或固定長度的間隔測量桿等工具進行測量。這種測量方法采用人為估讀的方式，很難準(zhǔn)確定位在各個表面的頂點位置，測量精度較低，約為0.5mm；該方法是一種接觸式測量方法，存在鏡面被劃傷的風(fēng)險，而且也存在由于光學(xué)間隔距離較短無法用鋼卷尺或測量桿進行測量的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種非接觸式并且能夠精密測量帶有Offner補償器的非球面檢測光路中的光學(xué)間隔的系統(tǒng)及檢測方法。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是提供一種光學(xué)間隔精密測量系統(tǒng)，其特別之處在于：包括沿光路依次設(shè)置的鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器和被測非球面鏡；上述鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器和被測非球面鏡組成的光路與被測非球面鏡的最佳面形檢測光路共光軸；鏡面定位儀與十字分化板之間的距離大于鏡面定位儀的工作距，十字分化板和Offner補償器的透鏡一之間的距離為L1，Offner補償器的透鏡一和透鏡二之間的距離為L2，Offner補償器的透鏡二和被測非球面鏡之間的距離為L3，不同的被測的非球面鏡計算所得的L1、L2、L3不同。上述鏡面定位儀和PC機連接。為了能夠調(diào)節(jié)上述光學(xué)裝置，本專利技術(shù)的光學(xué)間隔精密測量系統(tǒng)還包括五維調(diào)整架二、五維調(diào)整架三、五維調(diào)整架四和五維調(diào)整架五，上述鏡面定位儀放置在五維調(diào)整架五上，上述十字分化板放置在五維調(diào)整架四上，上述Offner補償器放置在五維調(diào)整架二上，上述被測非球面鏡放置在五維調(diào)整架三上。為了實現(xiàn)更精密的測量，上述鏡面定位儀的光學(xué)間隔測量精度為1μm。上述十字分化板包括中心圓環(huán)，該中心圓環(huán)的直徑為0.5mm，中心圓環(huán)與十字分化板的外圓同心度為φ0.05mm。本專利技術(shù)還提供了一種光學(xué)間隔精密測量方法，包括以下步驟：步驟一：根據(jù)被測的非球面鏡，計算檢測光路圖，按照該光路圖搭建最佳面形檢測光路；1.1：沿光路依次設(shè)置激光干涉儀、Offner補償器和被測非球面鏡，激光干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點O1和Offner補償器的透鏡一之間的距離為L1，Offner補償器的透鏡一和透鏡二之間的距離為L2，Offner補償器的透鏡二和被測非球面鏡之間的距離為L3；1.2：將所述激光干涉儀、Offner補償器和被測非球面鏡分別放置在五維調(diào)整架一、五維調(diào)整架二和五維調(diào)整架三上，通過五維調(diào)整架一、五維調(diào)整架二、五維調(diào)整架三分別調(diào)整激光干涉儀、Offner補償器和被測非球面鏡，使得激光干涉儀、Offner補償器和被測非球面鏡共軸，形成最佳面形檢測光路，該軸即為最佳面形檢測光路光軸；步驟二：將固定在五維調(diào)整架四上的十字分劃板放置在激光干涉儀標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點O1附近，通過五維調(diào)整架四調(diào)整十字分劃板，使十字分劃板的中心圓環(huán)位于最佳面形檢測光路光軸上；步驟三：移走激光干涉儀和五維調(diào)整架一，將固定在五維調(diào)整架五上的鏡面定位儀放置在十字分劃板的前端，鏡面定位儀和十字分劃板之間的距離大于鏡面定位儀的工作距；通過調(diào)整五維調(diào)整架五使鏡面定位儀出射的激光光束垂直入射到十字分劃板上的中心圓環(huán)，觀察PC機上的間隔測量界面，當(dāng)各個光學(xué)表面出現(xiàn)干涉信號且信號峰值最高時開始測量光學(xué)間隔；步驟四：測量得出十字分劃板的厚度O1O3＝d1、十字分劃板與透鏡一兩者之間空氣間隔O3O4＝d2、透鏡一的中心厚度O4O5＝d3、透鏡一與透鏡二兩者之間空氣間隔O5O6＝d4、透鏡二的中心厚度O6O7＝d5、透鏡二與被測非球面鏡兩者之間空氣間隔O7O2＝d6，由此可得：L1’＝d1+d2、L2’＝d3+d4+d5、L3’＝d6；其中L1’、L2’、和L3’為L1、L2、和L3的實際測量值；步驟五：將L1’、L2’、和L3’等測量值代入光學(xué)設(shè)計軟件進行復(fù)算可得頂點曲率半徑R、二次常數(shù)K幾何參數(shù)值。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)利用鏡面定位儀實現(xiàn)了帶有Offner補償器的非球面檢測光路中光學(xué)間隔的非接觸高精度精密測量，解決了現(xiàn)有測量方法誤差復(fù)雜、測量精度低、易劃傷鏡面的問題，具有步驟原理清晰、易操作等優(yōu)點，為帶有Offner補償器的非球面檢測、加工制造提供了保障，本專利技術(shù)的測量精度約為0.05mm，檢測精度高，且為非接觸式測量，不存在測量時劃傷鏡面的風(fēng)險。附圖說明圖1是帶有Offner補償器的非球面面形檢測光路示意圖；圖2是放置十字分劃板后的檢測光路示意圖；圖3是非球面檢測光路間隔非接觸測量結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是非球面檢測光路間隔示意圖；圖5是十字分劃板的外形圖。圖中附圖標(biāo)記為：1-激光干涉儀，1-1-標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，1-2-五維調(diào)整架一，2-Offner補償器，2-1-五維調(diào)整架二，2-2-透鏡一，2-3-透鏡二，3-被測非球面鏡，3-1-五維調(diào)整架三，4-PC機，5-十字分劃板，5-1-五維調(diào)整架四，5-2-中心圓環(huán)，6-鏡面定位儀，6-1-五維調(diào)整架五，7-最佳面形檢測光路光軸。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進一步的描述。如圖1、圖2和圖3所示，本專利技術(shù)一種帶有Offner補償器的非球面檢測光路中光學(xué)間隔非接觸精密測量的系統(tǒng)有三條自準(zhǔn)直檢測光路，分別為激光干涉儀1、Offner補償器2與被測非球面鏡3組成的非球面面形自準(zhǔn)直檢測光路；激光干涉儀1與十字分劃板5組成的垂直定位自準(zhǔn)直光路；以及由鏡面定位儀6、十字分劃板5、Offner補償器2與被測非球面鏡3組成的光學(xué)間隔自準(zhǔn)直檢測光路。垂直定位自準(zhǔn)直光路、光學(xué)間隔自準(zhǔn)直檢測光路與非球面面形自準(zhǔn)直檢測光路為同一共光軸光路，即最佳非球面面形檢測光路光軸7。在非球面面形自準(zhǔn)直檢測光路和垂直定位自準(zhǔn)直光路中激光干涉儀1與PC機4連接，在光學(xué)間隔自準(zhǔn)直檢測光路中鏡面定位儀6與PC機4連接，PC機4上安裝有激光干涉儀1與鏡面定位儀6相對應(yīng)的測量軟件。激光干涉儀1、鏡面定位儀6、Offner補償器2、被測非球面鏡3以及十字分劃板5分別放置在五維調(diào)整架一1-2、五維調(diào)整架二2-1、五維調(diào)整架三3-1、五維調(diào)整架四5-1和五維調(diào)整架五6-1上，實現(xiàn)相互獨立的前后、左右、上下平移以及左右、上下偏擺。本專利技術(shù)在具體使用時，按照以下步驟進行：步驟一：按照預(yù)先設(shè)計好的非球面面形本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)，其特征在于：包括沿光路依次設(shè)置的鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器、被測非球面鏡、五維調(diào)整架二、五維調(diào)整架三、五維調(diào)整架四和五維調(diào)整架五；所述鏡面定位儀放置在五維調(diào)整架五上，所述十字分化板放置在五維調(diào)整架四上，所述Offner補償器放置在五維調(diào)整架二上，所述被測非球面鏡放置在五維調(diào)整架三上；所述鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器和被測非球面鏡組成的光路與被測非球面鏡的最佳面形檢測光路共光軸；所述鏡面定位儀與十字分化板之間的距離大于鏡面定位儀的工作距；所述鏡面定位儀和PC機連接。

【技術(shù)特征摘要】
2016.09.28 CN 20161085973441.一種非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)，其特征在于：包括沿光路依次設(shè)置的鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器、被測非球面鏡、五維調(diào)整架二、五維調(diào)整架三、五維調(diào)整架四和五維調(diào)整架五；所述鏡面定位儀放置在五維調(diào)整架五上，所述十字分化板放置在五維調(diào)整架四上，所述Offner補償器放置在五維調(diào)整架二上，所述被測非球面鏡放置在五維調(diào)整架三上；所述鏡面定位儀、十字分化板、Offner補償器和被測非球面鏡組成的光路與被測非球面鏡的最佳面形檢測光路共光軸；所述鏡面定位儀與十字分化板之間的距離大于鏡面定位儀的工作距；所述鏡面定位儀和PC機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)，其特征在于：所述鏡面定位儀的光學(xué)間隔測量精度為1μm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非球面檢測光路中光學(xué)間隔測量系統(tǒng)，其特征在于：所述十字分化板包括中心圓環(huán)，所述中心圓環(huán)的直徑為0.5mm，中心圓環(huán)與十字分化板的外圓同心度為φ0.05mm。4.一種光學(xué)間隔精密測量方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一：根據(jù)被測的非球面鏡，計算檢測光路圖，按照該光路圖搭建最佳面形檢測光路；1.1：沿光路依次設(shè)置激光干涉儀、Offner補償器和被測非球面鏡，激光干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的焦點O1和Offner補償器的透鏡一之間的距離為L1，Offner補償器的透鏡一和透鏡二之間的距離為L2，Offner補償器的透鏡二和被測非球面鏡之間的距離為L3；1.2：將所述激光干涉儀、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：付西紅，李華，馬娜娜，劉杰，宋沖，李碩，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61