[发明专利]一种反射镜面形的在线检测方法

说明书

本发明实施例公开了一种反射镜面形的在线检测方法。该反射镜面形的在线检测方法基于条纹反射原理，通过显示器显示理想周期变化的条纹图像，再通过孔径相机采集经超精密切削机床加工反射镜反射形成的条纹图像，以条纹图像的弯曲程度判断和重构反射镜面形，实现反射镜面形的在线检测。本发明实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法无需光学补偿器件，也无需精密位姿调整，从而可检测任意光滑连续面形的反射镜，该方法比现有的激光干涉检测仪在线检测方法的动态范围更大，比现有的采用接触式或非接触式传感器的逐点测距扫描在线检测方法的时间更短且受机床精度及环境条件的影响更小。

技术领域

本发明涉及反射镜面形检测的技术领域，具体涉及一种在超精密切削机床上进行加工的反射镜面形的在线检测方法。

背景技术

由于超精密切削机床具有微米级的加工精度，超精密切削机床已经广泛应用于光学元件和模具加工等领域。超精密切削机床的加工精度主要依赖于机床主轴及导轨自身精度，缺乏加工过程中的精度实时检测与校正措施。传统的离线检测方式不仅耗时长，而且由于迭代的反复拆装会引起定位误差从而影响加工发射镜面形的精度。

目前，为了解决离线检测所存在的问题，有两种在线检测的方法。方法一：在机床上集成激光干涉检测仪进行反射镜面形的在线检测方法。激光干涉检测仪对于不同面形的反射镜，需要配合不同的光学补偿器件，因此，激光干涉检测仪在光路布置上存在一定的限制；进一步地，激光干涉检测仪虽然检测精度高，但是其动态范围相对较小，无法适应面形分布起伏较大的反射镜面形的检测。方法二：在机床上集成接触式或非接触式的测距传感器逐点扫描完成面形分布的检测。逐点扫描在线检测方法不仅扫描时间长，其扫描精度还取决于机床主轴、导轨精度及环境变化等因素的影响。

因此，针对现有采用激光干涉检测仪或者逐点扫描在线检测反射镜面形的方法所存在的问题，急需一种结构简单、无需光学补偿器件且动态范围大而面形适应性强，且检测时间短、受机床精度及环境条件的影响更小、稳定性好的反射镜面形的在线检测方法。

发明内容

针对现有采用激光干涉检测仪或者逐点扫描在线检测反射镜面形的方法所存在的问题，本发明实施例提出一种基于条纹反射原理的超精密切削机床加工反射镜的反射镜面形在线检测的方法。该检测方法基于条纹反射原理，通过显示器显示理想周期变化的条纹图像，再通过相机采集经超精密切削机床加工反射镜反射形成的条纹图像，根据条纹图像的弯曲程度判断和重构反射镜面形，实现反射镜面形的在线检测，有效地缩短反射镜加工周期提高反射镜制备效率。

该反射镜面形在线检测方法的具体方案如下：一种反射镜面形的在线检测方法，包括步骤S1：在切削机床的主体的预设位置处设置一显示器和一孔径相机；步骤S2：在检测反射镜面形时，所述显示器显示特征点斑，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述特征点斑的点斑图像；步骤S3：所述显示器依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述水平条纹的水平条纹图像；所述显示器依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述竖直条纹的竖直条纹图像；步骤S4：根据所述显示器显示的特征点斑与所述孔径相机采集的点斑图像，计算所述显示器图像坐标系和所述孔径相机的像面坐标系的共相位点关系；步骤S5：根据所述孔径相机所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述反射镜的面形分布。

优选地，所述在线检测方法还包括步骤S6：将所获得的反射镜的面形分布与预期的面形分布进行比对而获得面形分布偏差量，根据所述偏差量修正切削机床进行下一轮的反射镜加工的参数。

优选地，所述反射镜加工的参数包括加工路径和加工驻留时间分布。

优选地，所述步骤S5具体包括步骤S51：根据所述孔径相机采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述反射镜在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；步骤S52：根据所述反射镜在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算反射镜的镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；步骤S53：根据所述反射镜的镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算反射镜的面形分布。