[發(fā)明專利]非球面檢測(cè)中采用自準(zhǔn)平面鏡測(cè)量光軸的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410120021.7
• 申請(qǐng)日: 2014-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103926058A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳新東;李銳剛;薛棟林;鄭立功
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 南小平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非球面檢測(cè)中的光軸測(cè)量方法，尤其是長(zhǎng)曲率半徑非球面檢測(cè)中的光軸測(cè)量方法，屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

非球面檢測(cè)光路中光軸是被檢測(cè)元件定位的基準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)光軸的測(cè)量，才能進(jìn)一步測(cè)量或計(jì)算出非球面的偏心量、頂點(diǎn)曲率半徑等幾何量。光軸的測(cè)量是檢測(cè)光路中定位的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它的測(cè)量精度決定著非球面偏心量、頂點(diǎn)曲率半徑等幾何量的測(cè)量精度。現(xiàn)有技術(shù)中非球面檢測(cè)中測(cè)量光軸的方法可以分為兩種。一種是采用激光跟蹤儀測(cè)量機(jī)械結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)（例如補(bǔ)償器的機(jī)械工裝側(cè)面基準(zhǔn)）并建立模型，根據(jù)機(jī)械基準(zhǔn)與光軸之間存在的平行、垂直等空間相對(duì)關(guān)系進(jìn)行基準(zhǔn)傳遞和計(jì)算而得到光軸；第二種是通過(guò)測(cè)量補(bǔ)償器光學(xué)表面球面的球心，根據(jù)光軸的定義，測(cè)量?jī)蓚€(gè)球心點(diǎn)而得到光軸。機(jī)械基準(zhǔn)的方法簡(jiǎn)單、有效，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)的精度受到加工工藝和激光跟蹤儀測(cè)量的限制，一般只能夠達(dá)到0.02mm的精度，在長(zhǎng)曲率半徑的非球面測(cè)量中這個(gè)誤差將增大至幾個(gè)毫米（如在10m量級(jí)的檢測(cè)光路中光軸的測(cè)量精度約為2mm），重復(fù)性測(cè)量精度低。球心測(cè)量定光軸的方法一般采用裝調(diào)定位儀自準(zhǔn)定位補(bǔ)償器中透鏡外表面的球心，再采用激光跟蹤儀測(cè)量球心的位置并在模型中構(gòu)建直線而得到光軸，當(dāng)透鏡外表面為凸面或者曲率半徑小時(shí)，光軸上的兩點(diǎn)距離較小，測(cè)量精度降低。上述的兩種方法都不能滿足長(zhǎng)頂點(diǎn)曲率半徑的非球面的光軸測(cè)量要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決非球面檢測(cè)中光軸方向測(cè)量精度低的問(wèn)題，提出一種根據(jù)平面鏡自準(zhǔn)檢測(cè)測(cè)量光軸的方法。

采用平面鏡自準(zhǔn)測(cè)量光軸的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、干涉儀與平面反射鏡對(duì)準(zhǔn)放置，調(diào)整平面反射鏡的角度，使其將干涉儀發(fā)出的平行光反射，反射后的光在干涉儀中形成的條紋無(wú)傾斜，即實(shí)現(xiàn)平面反射鏡自準(zhǔn)；

步驟二、采用激光跟蹤儀分別進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)及其鏡像點(diǎn)的測(cè)量，獲取兩點(diǎn)空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；去除平面反射鏡；

步驟三、將補(bǔ)償器裝至光路中，調(diào)整補(bǔ)償器的角度，使其與干涉儀對(duì)準(zhǔn)；將調(diào)整裝調(diào)定位儀裝至光路中，調(diào)整裝調(diào)定位儀的位置和角度，使其與補(bǔ)償器的光學(xué)表面對(duì)準(zhǔn)；

步驟四、采用激光跟蹤儀測(cè)量上述裝調(diào)定位儀的匯聚中心點(diǎn)，獲取該匯聚中心點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，該匯聚中心點(diǎn)為光軸上的一點(diǎn)；

步驟五、根據(jù)步驟二和步驟四獲取的測(cè)量點(diǎn)、鏡像點(diǎn)和光軸上匯聚中心點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，采用激光跟蹤儀的三維空間坐標(biāo)建模軟件，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)與鏡像點(diǎn)連接的直線垂直于平面反射鏡的原理，在模型中計(jì)算出代表光軸的直線；

步驟六、得到光軸后，即可通過(guò)測(cè)量鏡體特征對(duì)非球面反射鏡進(jìn)行定位，計(jì)算得到反射鏡的頂點(diǎn)曲率半徑等參數(shù)；重復(fù)步驟a至e，進(jìn)行多次測(cè)量和精度分析。

本發(fā)明的有益效果：平面鏡與干涉儀自準(zhǔn)后，由于干涉儀發(fā)出的平行光方向就是檢測(cè)光軸方向，因此該自準(zhǔn)平面鏡的平面就垂直于光軸方向；利用激光跟蹤儀測(cè)量平面反射鏡像點(diǎn)坐標(biāo)的功能，分別測(cè)量空間一點(diǎn)和該點(diǎn)的鏡像點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)鏡像的定義，經(jīng)過(guò)這兩點(diǎn)的直線垂直于反射鏡面，由于鏡面與干涉儀出射光自準(zhǔn)，則該直線平行于光軸，這樣通過(guò)關(guān)于鏡面對(duì)稱的兩點(diǎn)的測(cè)量就得到了空間中光軸的方向；利用裝調(diào)定位儀球面波對(duì)準(zhǔn)的功能，使其與補(bǔ)償器中的一個(gè)透鏡球面對(duì)準(zhǔn)，再利用激光跟蹤儀靶標(biāo)球的球面與裝調(diào)定位儀對(duì)準(zhǔn)，這樣靶標(biāo)球的球心就是光軸上的一點(diǎn)，通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量靶標(biāo)球的位置就獲取了光軸上的一點(diǎn)；在得到光軸方向和光軸上一點(diǎn)后，也就確定了光軸。

本發(fā)明利用自準(zhǔn)平面鏡法測(cè)量光軸的方法精度高，解決了長(zhǎng)距離檢測(cè)中的光軸定位精度低的問(wèn)題，將10m量級(jí)的檢測(cè)光路中光軸定位精度提高至0.1mm，對(duì)非球面檢測(cè)中頂點(diǎn)曲率半徑、偏心量等幾何量精確測(cè)量和控制提供了保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法中利用激光跟蹤儀和自準(zhǔn)平面鏡的鏡像點(diǎn)測(cè)量來(lái)確定光軸方向的示意圖。

圖2為本發(fā)明方法中利用裝調(diào)定位儀和激光跟蹤儀測(cè)量光軸上一點(diǎn)的測(cè)量示意圖。

圖中：1、干涉儀，2、自準(zhǔn)平面鏡，3、平行光，4、激光跟蹤儀，5、測(cè)量點(diǎn)，6、測(cè)量點(diǎn)的鏡像點(diǎn)，7、平行于光軸的直線，8、補(bǔ)償器，9、裝調(diào)定位儀，10、被檢非球面，11、被測(cè)的光軸點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

采用自準(zhǔn)平面鏡測(cè)量光軸的方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

如圖1所示，步驟一、干涉儀1與平面反射鏡2對(duì)準(zhǔn)放置，調(diào)整平面反射鏡2的角度，使其將干涉儀1發(fā)出的平行光3反射，反射后的光在干涉儀1中形成的條紋無(wú)傾斜，即實(shí)現(xiàn)平面反射鏡2自準(zhǔn)；