[發明專利]線陣式超大口徑平面光學元件面形檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201310173244.5
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103267493A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 范勇;陳念年;巫玲;王俊波;楊程;張勁峰
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明屬于機器視覺技術檢測領域，主要涉及一種超大口徑平面光學元件面形檢測的裝置和方法，其設計利用DVD/CD光學頭進行超大口徑平面光學元件表面面形檢測的裝置和方法。

背景技術

面形技術主要有角差法、LTP、瞬態干涉儀和哈特曼檢測等方法。角差法的原理是面形的變化可通過其各點法線方向角度的變化量而反映出，采用高精度測試角度變化量的方法可重構元件的面形，西南科技大學已研制出大口徑光學元件面形檢測裝置，檢測精度達1/3個波長。LTP是采用細光束干涉計量原理，若被檢測面相對垂直于光軸的平面傾斜一定角度，則在LTP的焦平面探測器上的干涉條紋就有移動，通過精確測量其移動距離，就可以得到傾斜度誤差的變化曲線，對該曲線積分就可獲得高度誤差曲線，其測試精度能達到1/20個波長。瞬態干涉儀是將空間位相調制的共路剪切干涉儀技術與數字化波面技術相結合的干涉系統，可采用近紅外作為測試光源，測量精度能達到波前均方根優于1/15波長。哈特曼檢測法是通過一個有若干小孔光闌的波面進行采樣的檢測方法，受外界影響小，對檢測環境要求比干涉儀的檢測環境要求低；但實驗中需要的大口徑哈特曼擴束系統的光學系統設計、結構設計要求高，且成本也高。采用干涉法對檢測環境要求高，在ICF實驗室中的在線檢測條件很難滿足瞬態干涉儀或LTP的要求，而且不能對處于不同傾斜狀態的光學元件進行面形檢測。

中國發明專利ZL200910058280.0，該方案利用被測光學元件為參考物和利用五棱鏡的一維不變性，克服了傳統角差法不能有效扣除運動平臺因機械運動或振動等帶來的測量誤差問題。同時由于采用了在垂直方向（列）測試中的兩束參考光，可有效扣除振動帶來的影響，同時還以被測光學元件作為絕對參考，從而還能扣除因地基振動、大氣振動等帶來的誤差；由于采用龍門結構，對于超大光學元件的檢測，其體形龐大，在不同姿態下的調試時間較長，檢測精度僅有1/3波長。同時由于采用“從上到下，從左至右”的逐點掃描方式，導致測試超大光學元件的時間在2～5小時左右。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種線陣式超大口徑平面光學元件面形檢測裝置和方法。

本發明的技術方案如下：

一種線陣式超大口徑平面光學元件面形檢測裝置，包括DVD/CD光學頭線陣（1）、光學頭線陣的恒流驅動子系統（2）、FES信號采集子系統（3）、一維運動平臺（4）及導軌運動誤差測量子系統（5）、面形檢測控制與處理子系統（6）；DVD/CD光學頭線陣（1）用于檢測被測區域的面形；光學頭線陣的恒流驅動子系統（2）用于給光學頭線陣提供穩定的電流驅動，以確保光學頭中激光器的輸出功率恒定；FES信號采集子系統（3）用于實時采集DVD/CD光學頭線陣（1）所檢測區域的面形高差；一維運動平臺（4）用于驅動DVD/CD光學頭線陣（1）做一維掃描運動，以全口徑掃描被測光學元件；導軌運動誤差測量子系統（5）用于實時測量一維運動平臺（4）在運動過程中的左右偏擺和上下俯仰等運動誤差；面形檢測控制與處理子系統（6）用于對DVD/CD光學頭線陣（1）的掃描運動控制、信號采集、面形重構與繪制。

所述的線陣式超大口徑平面光學元件面形檢測裝置，其中DVD/CD光學頭線陣（1）包括檢測基座（11）、線陣式布置的DVD/CD光學頭（12）及其高精度調節架（13）。

所述的線陣式超大口徑平面光學元件面形檢測裝置，導軌運動誤差檢測子系統（5）包括導軌偏擺檢測儀（51）和導軌直線度檢測儀（52），導軌偏擺檢測儀（51）包括放置于檢測基座（11）上的測角儀（511）和與DVD/CD光學頭線陣（1）一起運動的平面反射鏡（512），平面反射鏡（512）實時將測角儀（511）的光束反射回測角儀（511），實時測量導軌在運動過程中的運動誤差，以實現導軌在運動過程中的左右偏擺角和上下俯仰角運動誤差的實時檢測；導軌直線度檢測儀（52）包括附著于運動平臺滑塊（521）上的微位移探頭（522）和固定于導軌上的參考基準面（523），微位移探頭（522）用于測量導軌的上下起伏量，參考基準面（523）用于測量導軌上下起伏量的提供一個基準平面，以實現導軌在運動過程中與參考基準面的微位移的實時檢測。

所述面形檢測裝置進行面形檢測的方法，包括以下步驟：（1）打開面形檢測裝置電源，以DVD/CD光學頭線陣1某光學頭為基準，調整DVD/CD光學頭線陣1與被測光學元件的距離，直到該光學頭的FES值為零；同時還需調整用于檢測導軌直線度的微位移探頭522與參考基準面523的距離，直到該微位移探頭522的FES值為零；