[發(fā)明專利]接觸式非球面面形檢驗裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010607342.1
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102128599A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 王孝坤;鄭立功;張學軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王淑秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種接觸式光學非球面面形檢驗裝置。

背景技術(shù)

當前，檢驗非球面元件的方法有很多種，主要分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量主要借助輪廓儀或者三坐標測量儀通過對光學元件進行多個離散點的測量，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，擬合得到面形誤差。非接觸式測量主要有陰影法、激光掃描法、干涉法等。陰影法主要分為刀口法和哈特曼法(光闌法)，該方法主要觀察陰影分布的圖形和陰影圖的明暗對比。這種方法設備簡單，對于某些二次曲面測量方便，適于現(xiàn)場檢驗。但存在主觀、定量困難、靈敏度欠高等缺點。激光掃描法可分平移法、旋轉(zhuǎn)法，以及平移旋轉(zhuǎn)法，這是一種利用光的直線性進行面形檢測的方法，通過用激光束對被測面進行逐點測量可計算出非球面的面形參數(shù)。它通用性強，可以測量各種非球面，而且是對被測面進行絕對測量，精度高，缺點是相應的數(shù)據(jù)處理比較復雜。干涉法是一種短時間檢測非球面的方法，由于它具有高分辨、高精度、高靈敏度、重復性好等優(yōu)點，但是利用該技術(shù)測量非球面面形時，要求非球面表面有很好的光潔度和很高的反射能力。因此，干涉法一般適用于非球面精拋光和最終階段的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適用于非球面加工整個過程的接觸式非球面面形檢驗裝置，該裝置能夠直接實現(xiàn)對非球面的測量，數(shù)據(jù)處理和數(shù)學運算簡單，實驗操作簡單易行，測量時間短、測試成本低。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的接觸式非球面面形檢驗裝置包括計算機和激光跟蹤儀；所述計算機包括存儲待測非球面CAD模型的裝置、坐標變換裝置、求解位置坐標的裝置和求解待測非球面面形分布的裝置；激光跟蹤儀首先測量待測非球面上特征點的位置坐標并將其傳輸給坐標變換裝置，由坐標變換裝置利用測量的待測非球面上特征點的位置坐標及CAD模型上對應的特征點的位置坐標，通過坐標變換求解得到待測非球面、CAD模型兩個坐標系之間的平移量和旋轉(zhuǎn)量，將待測非球面此時的物理坐標系與CAD模型的坐標系統(tǒng)一到同一坐標系；激光跟蹤儀測量在統(tǒng)一坐標系下待測非球面上多點的位置坐標并將其傳輸給求解位置坐標的裝置，由求解位置坐標的裝置利用測得的統(tǒng)一坐標系下待測非球面上多點的位置坐標進行插值計算得到待測非球面上各點的位置坐標；求解待測非球面面形分布的裝置分析求解得到統(tǒng)一坐標系下待測非球面上各點的坐標值與CAD數(shù)模上對應的各點坐標值之間的偏差，并對偏差數(shù)據(jù)進行擬合，得到待測非球面面形分布。

所述特征點為在待測非球面上設定的三個點，如側(cè)面或者背部的輕量化圓孔、錐孔的圓心或者三角形孔的中心等。

本發(fā)明通過擴充激光跟蹤儀的現(xiàn)有功能，利用激光跟蹤儀的靶標球?qū)Ψ乔蛎姹砻孢M行多點接觸測量，并將測量的結(jié)果與數(shù)據(jù)模型進行分析對比、處理和運算，獲得非球面的面形分布信息，無需其它輔助光學元件就能夠準確的實現(xiàn)對大口徑非球面面形的檢測。本發(fā)明數(shù)據(jù)處理和數(shù)學運算簡單，實驗操作簡單易行，檢測成本很低，測試時間短，適用于非球面加工整個過程的面形檢測。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明的接觸式非球面面形檢驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是計算機測量軟件功能模塊示意圖。

圖3是待測非球面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是利用本發(fā)明對非球面面形進行檢驗的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的接觸式非球面面形檢驗裝置包括計算機1和激光跟蹤儀2；所述激光跟蹤儀2與計算機1通過數(shù)據(jù)線進行連接。

激光跟蹤儀2是一種高精度、大容量的便攜式三位坐標測量設備，該激光跟蹤儀使用兩個旋轉(zhuǎn)角編碼器和一個激光距離測量系統(tǒng)，以跟蹤和測量靶標球3的位置。靶標球3是由空心的直角反射鏡組成，此反射鏡精確固定在加工球體內(nèi)。球體外表面到中心的距離已知(即球體半徑)，激光跟蹤儀測量軟件利用球體半徑進行測量偏移或補償測量。激光跟蹤儀發(fā)射并接收從靶標球返回的紅色氦氖激光，激光跟蹤儀機械軸的方向會根據(jù)其內(nèi)部的位置感應探測器接收的兩個旋轉(zhuǎn)角編碼器及距離測量系統(tǒng)反饋的信息不斷進行調(diào)整。激光跟蹤儀通過測量兩個角度和一個距離來確定目標的坐標。這些角度由安裝在頂點角軸和方位角軸上的編碼器來測量。徑向距離是由條紋計數(shù)干涉儀或一種相位偏移絕對距離測量系統(tǒng)(XtremeADM)來測量。激光跟蹤儀一般用來測量物體之間的相對位置關(guān)系，并可以直接檢驗平面和球面物體的面形，但是對于非球面元件的面形卻不能實現(xiàn)直接檢驗。