[发明专利]一种曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统

说明书

本发明公开了一种曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统，包括垂直线性运动组件、中控旋转组件、水平径向扫描组件及曲面镜定心定位旋转组件；垂直线性运动组件包括电机、导轨和垂直承载滑块；中控旋转组件包括旋转电机、旋转轴承和支撑架；水平径向扫面组件包括电机、导轨、承载滑块及激光传感器；曲面镜定心定位旋转组件包括卡盘、三个可移动等高球面支撑爪、水平仪及定位挡板。本发明由各组件带动激光传感器沿中控旋转平台中心线的垂直方向及不同半径周向旋转运动，实现了激光传感器的初始位置标定、曲面镜的局部面形误差测量及曲面三维扫描；曲面镜定心定位旋转组件为曲面镜的中心定位及局部等曲率半径的提供了精确移动及支撑作用。

技术领域

本发明属于光电测试技术领域，涉及一种曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统。

背景技术

曲面镜在光学产品和光学工程中有大量应用，目前曲面镜的制备有传统的数控加工+精密磨削及模压+研磨，其粗制备的镜面面形误差已达10^-2mm级，精加工的镜面面形误差可达10^-4mm，高精密的镜面制备对镜面质量的检查技术也提出了更高要求，现阶段曲面镜的面形误差多采用光学干涉的方法+图像识别处理的方法进行测量，其测量装置复杂，成本较高。目前便携的测量方式，采用的是手动旋转探针测量法，测量效率低，精度低，不能直观的反应整个镜面的质量非分布情况，因此需要设计一套自动化程度高，测量精度高、测试效率高、成本低的测试装置。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统，保证测量精度的前提下，对曲面镜的局部面形误差进行激光非接触测量，同时可以完成整个曲面镜的面形三维扫描重构，获得曲面镜的口径、曲率半径等关键参数。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统，其包括垂直线性运动组件1、中控旋转组件2、水平径向扫描组件3及曲面镜定心定位旋转组件4；中控旋转组件2安装在垂直线性运动组件1上且可上下运动，水平径向扫描组件3安装在中控旋转组件2底部，水平径向扫描组件3相对中控旋转组件2能够作旋转运动，水平径向扫描组件3上安装能够水平运动的激光传感器14，曲面镜定心定位旋转组件4布置在水平径向扫描组件3正下方，其上安放曲面镜，曲面镜定心定位旋转组件4中卡盘中心线与中控旋转组件2的旋转轴中心线重合。

本发明还提供一种使用上述曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统的双曲线曲面镜面形误差直接检测方法，其过程为：

1)将曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统放置在气动平台上，调整平台使水平仪微液滴处于中心位置；

2)将曲面镜放置在曲面镜定心定位旋转组件的三个可移动等高球面支撑爪上，根据曲面镜的半径，调节支撑爪在卡槽的位置，然后通过螺母固定支撑爪；

3)打开激光传感器使从激光传感器发射口发出，光斑打在所测位置，控制垂直线性运动组件中电机Ⅰ，垂直承载滑块Ⅰ带动中控旋转组件和水平径向扫面组件垂直运动，同时观察激光传感器上的数据显示，当激光传感器数据显示达到中心测量距离，停止电机Ⅰ运行；

4)设置水平径向扫面组件中电机Ⅲ的行程和转速，设置中控旋转组件中电机Ⅱ的转速和启停间隔，电机Ⅲ在完成一个完整的行程后，电机Ⅱ转动一个丝,再进行电机Ⅱ的下一个行程；

5)将激光传感器的测量数据及电机Ⅱ、电机Ⅲ带动激光传感器的运动轨迹，实时传输到上位机，进行轨迹重构，以激光传感器测量的相对距离为Z轴、以激光传感器光斑水平运动距离为X轴，以中控旋转组件的旋转角度为Y轴，进行曲面镜局部面形误差测量。

本发明又提供一种使用上述曲面镜面形误差直接测量及三维面形扫描系统的单凹球面曲面镜三维面形扫描方法，其过程为：