[发明专利]长条状光学元件面形的快速拼接检测装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件表面面形检测，特别是一种长条状光学元件面形的快速拼接检测装置和测量方法。

背景技术

光学干涉测量技术是许多光学仪器和测量技术的基础，光学加工和检测技术的不断发展使得大口径光学系统在天文、空间光学和军事等领域得到了愈来愈广泛的应用。目前各种领域的光学元件都朝着大尺寸、大径厚比两个极端方向发展，甚至达到米量级，其面形加工精度越来越高。在当前发展态势下，快速、准确、数字化的检测技术是实现光学元件高精度、批量化生产的关键问题。针对大口径光学元件的全口径面形测量问题，人们普遍采用大口径激光干涉仪进行测量，但是大口径激光干涉仪造价太高，机体笨重，系统误差较大、恒温时间过长，社会普及率过低，极大的降低了光学元件的生产和检测效率。另外，如果不采用大口径干涉仪，在目前的光学玻璃加工车间，主要采用的是样板法来判断表面光学质量，该方法通过把标准的样板与待测玻璃接触，观测两者所形成的干涉条纹光圈数来判断包边玻璃的面形情况，这种方法不但精度低，而且不能定量的给出面形偏差数据，并且很容易对所测的玻璃表面造成划痕，最终会影响玻璃表面的光学质量，所以需要新的方法来定量的测试包边玻璃面形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长条状光学元件面形的快速拼接检测装置和测量方法。它克服了大口径光学元件侧面具有端面角度而难以测量、干涉仪口径远小于侧面长度的缺点，提高了整体集成化和自动化程度，使检测过程可控、量化和可重复。该方法适用于小口径干涉仪对大口径光学元件面形的快速、精确测量，降低了测量难度和成本，提高了自动化的测量程度，大大提高了面形检测效率。

本发明的技术方案如下：

一种长条状光学元件面形的快速拼接检测装置，其特点在于该装置包括：水平调节机构、垂直调节机构、气浮平台、二维精密调整台、大口径光学元件、伺服电机、数控直线导轨、运动电控箱、小口径数字化激光干涉仪和电子计算机；

在所述的气浮平台上设置所述的二维精密调整台和所述的数控直线导轨，将所述的大口径光学元件放置在所述的二维精密调整台上，所述的水平调节机构和垂直调节机构控制所述的二维精密调整台，以精细调整所述的大口径光学元件的俯仰参数和高低位置；

所述的数控直线导轨上设有电控移动平台，该电控移动平台在所述的伺服电机驱动下沿所述的数控直线导轨做直线运动；

所述的小口径数字化激光干涉仪固定在所述的电控移动平台上，在所述的伺服电机带动下所述的小口径数字化激光干涉仪沿所述的数控直线导轨直线运动；

所述的伺服电机与运动电控箱连接并受其控制；所述的运动电控箱的控制端和小口径数字化激光干涉仪的输出端分别与所述的电子计算机连接并受其控制；

所述的面形拼接软件安装在所述的电子计算机上。

利用上述长条状光学元件面形快速拼接检测装置进行长条状光学元件面形快速拼接的检测方法，包括如下步骤：

1)首先将大口径光学元件放置在所述的二维精密调整台上，调节所述的水平调节机构和垂直调节机构，使所述的大口径光学元件的待测表面与所述的数控直线导轨平行，并使待测平面的中心高度与所述的小口径数字化激光干涉仪的中心孔径高度一致；

2)利用电子计算机通过所述的运动电控箱、驱动所述的伺服电机带动所述的小口径数字化激光干涉仪，处于所述的数控直线导轨的一端，并位于所述的大口径光学元件待测平面的初始位置；

3)按照所述的小口径数字化激光干涉仪操作规程，打开各部分控制开关，使所述的小口径数字化激光干涉仪进入正常工作状态；

4)依次打开电子计算机和面形拼接检测软件；在软件中根据待测大口径光学元件的长度和口径设置小口径数字化激光干涉仪技术参数，包括：

全口径面形：指待测大口径光学元件的整体面形精度，即PV；

子孔径面形：指利用小口径数字化激光干涉仪每次测量的面形值，即为一个子孔径面形值，即pv；

拼接重叠率：指相邻两个子孔径的拼接重叠区域占子孔径的百分比，一般选择30％和50％，可根据具体情况进行调节；

拼接次数：根据子孔径大小和拼接重叠率以及待测大口径光学元件的口径进行计算所得；

测量速度：指小口径数字化激光干涉仪在每个子孔径之间测量的移动速度和每个子孔径面形的测量时间；

拼接子孔径数：指根据拼接次数计算出的全部测量完成大口径光学元件面形所需的子孔径数量，记为N；

软件参数设置完成后，将所述的小口径数字化干涉仪对准大口径光学元件(5) 待测平面的第一个子孔径位置，令n＝1，点击开始测量；