[发明专利]大口径平面镜的轮廓检测装置及其检测方法

说明书

本发明提供了一种大口径平面镜的轮廓检测装置及其检测方法，包括机床、设置于机床上的旋转台、移动机构、摆臂轮廓仪、电子水平仪以及被检平面镜，被检平面镜设置于旋转台上，旋转台带动被检平面镜绕被检平面镜的轴线转动。摆臂轮廓仪包括依次连接的摆臂转台、摆臂杆和摆臂测头，摆臂测头对应被检平面镜的被检面设置，摆臂转台与移动机构连接，电子水平仪设置于移动机构上，电子水平仪与摆臂转台跟随移动机构同步移动。本技术方案，将摆臂轮廓仪和电子水平仪集成在机床上组合使用，不需要在加工工位和检测工位之间往复运输，缩短了加工周期，且对机床滑轨误差进行了有效抑制，扩大了摆臂轮廓仪的应用范围。

技术领域

本发明涉及光学元件检测技术领域，尤其涉及一种大口径平面镜的轮廓检测装置及其检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，大口径光学系统在空间光学、天文光学等领域得到了广泛的应用。大口径的平面镜作为大口径望远镜系统的折返镜、大口径干涉仪的透射标准镜以及部分光学系统自检验的标准反射镜，其口径也在不断增大。以国际合作的三十米地基望远镜(Thirty Meter Telescope-TMT)项目为例，TMT的三镜为一个超大口径椭圆形平面镜，口径尺寸达到前所未有的3.5m×2.5m。

在研磨阶段，大口径光学平面反射镜的面形精度在微米甚至几十微米量级，同时由于镜面粗糙度值较大，镜面反射率较低，难以应用干涉仪拼接或者五棱镜扫描检测。目前光学人员广泛采用商用三坐标测量仪进行研磨阶段的面形检测，通过高精度测头接触镜面获得数据点，将测得的离散数据进行面形重构，获取被测镜面的面形误差分布进而指导进一步的光学加工。

三坐标测量仪采用高精度的机械运动部件保证其测量精度，无需额外的辅助装置，操作简单，易于实现。但是大口径的光学平面镜的轮廓检测需要更大测量能力的三坐标来实现，对于机械运动部件来说，运动行程的增大意味着运动精度的降低，目前商用的3m量级的三坐标轮廓测量仪的测量精度只能达到10μm量级，不能满足大口径平面镜研磨阶段尤其是精研阶段的轮廓检测精度需求，且高精度的三坐标测量机维护成本较高，加工工位与检测工位不重合，往往需要移动大口径反射镜至检测工位才可实现检测，大口径反射镜需要在加工工位与检测工位之间往复运输，增大了加工周期及运输风险。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种大口径平面镜的轮廓检测装置及其检测方法，旨在解决现有技术三坐测量技术的维护成本高、测量精度不能满足要求且检测不方便的问题。

为实现上述目的，本发明提出的大口径平面镜的轮廓检测装置，包括机床、设置于所述机床上的旋转台、移动机构、摆臂轮廓仪、电子水平仪以及被检平面镜，

其中，所述被检平面镜设置于所述旋转台上，所述旋转台带动所述被检平面镜绕所述被检平面镜的轴线转动；

所述摆臂轮廓仪包括依次连接的摆臂转台、摆臂杆和摆臂测头，所述摆臂转台带动所述摆臂杆转动使得所述摆臂测头对应所述被检平面镜的被检面设置，所述摆臂转台与所述移动机构连接，且所述移动机构带动所述摆臂转台沿所述机床的工作平面移动；

所述电子水平仪设置于所述移动机构上，所述电子水平仪与所述摆臂转台跟随所述移动机构同步移动。

优选地，所述移动机构包括所述机床的龙门架，所述龙门架的横梁上设置有导轨和连接架，所述连接架的一端与导轨滑动块连接，所述连接架的另一端与所述摆臂转台和所述电子水平仪连接，所述连接架带动所述摆臂转台和所述电子水平仪沿所述导轨滑动。

优选地，在所述连接架的两端之间设置有置物台，所述置物台与所述机床的工作平面对应设置，所述电子水平仪的基座测量面放置于所述置物台上。

优选地，所述摆臂转台的中心轴至所述摆臂测头的中心轴的距离等于所述被检平面镜的直径的四分之一。

另外，本发明还提供了如上述所述的一种大口径平面镜的轮廓检测装置的检测方法，包括以下步骤：