[發明專利]基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201910959298.1
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110631509B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 何勇;薛鵬永;徐海飛;侯陶冉;李建欣;郭仁慧;馬駿;沈華;朱日宏
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測系統及方法，該方法使用準直光垂直入射一朗奇光柵，透射的光線經過分束鏡之后在被測物體表面呈現光柵清晰的泰伯像，反射光能在特定位置呈現含有被測物體表面曲率信息的光柵泰伯像，使用ccd采集該泰伯像，根據采集到的泰伯像計算被測物體表面曲率。本發明具有裝置簡單、成本低廉、抗干擾能力強、應用范圍廣等優點。

技術領域

本發明屬于光學精密測試領域，具體為及一種基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測系統及方法。

背景技術

球面反射鏡在現代光學系統中的應用日益廣泛，而反射鏡曲率半徑是決定其光學特性的重要參數之一，通過測量光學元件的曲率半徑，可判定被測光學元件的加工質量，以便進一步修正，從而達到更高精度。因此曲率半徑的精確測量技術具有重要的研究意義和使用價值。

鏡面曲率半徑測量方法可以歸納為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測量主要有球面樣板法、牛頓環法、球徑儀法、三坐標測量法、激光跟蹤儀法。非接觸式測量主要有刀口陰影法、自準直顯微鏡法、激光干涉測量法、激光差動共焦法等方法。接觸式檢測技術較為成熟，具有較好的靈活性，動態范圍大，適用于不同類型的鏡面，且有較高的精度。但是，接觸式檢測技術需要逐點檢測，測量速度慢；受測量探頭直徑的影響，采樣密度有限，難以獲得被測面型的高頻誤差，且容易劃傷被測鏡表面；設備的造價昂貴，維護成本較高。非接觸式測量雖對被測物體表面無損傷，但一般對測量環境要求較高，稍有震動就會產生較大誤差；而且高精度測量設備操作復雜，造價高昂。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測系統。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測系統，包括激光器、準直擴束鏡、光柵、分束鏡、ccd以及曲率解算模塊，所述激光器通過光纖與準直擴束鏡連接，所述光柵正對準直擴束鏡設置，所述分束鏡被設置為經光柵透射的光經過分束鏡反射在被測物體表面呈光柵清晰的泰伯像，所述ccd被設置為被測物體表面反射的光束經分束鏡在ccd上呈現帶有表面曲率信息的泰伯像，所述曲率解算模塊用于根據采集到的泰伯像、朗奇光柵的周期、被測物表面至ccd的光程確定被測物體表面曲率。

優選地，所述光柵為朗奇光柵。

優選地，光柵到被測物體表面光程z₁設定為整數倍泰伯距，即并在測量前微調被測物體，使其表面能呈現出光柵清晰的像，式中λ為工作波長，p為光柵周期，n為正整數。

優選地，被測物體表面到ccd的光程z₂為整數倍廣義泰伯距，即測量時微調ccd位置，使得ccd能夠采集到清晰的光柵的像，式中R為待測物體表面曲率半徑，m為正整數。

優選地，所述曲率解算模塊根據采集到的泰伯像、朗奇光柵的周期、被測物表面至ccd的光程確定被測物體表面曲率的公式為：

其中，p′為ccd處光柵泰伯像的周期，z₁為光柵至待測物體表面光程；z₂為待測物體表面至ccd光程，C為曲率。

優選地，光柵泰伯像的周期具體為：

p′＝1/v

式中，v為泰伯像的峰值頻率。

本發明還提出了一種基于光柵泰伯像的物體表面曲率檢測方法，具體步驟為：

具體步驟為：

步驟1、將激光器發出的激光由光纖導出，并經過準直擴束鏡后得到平行光，垂直入射到光柵上，使得透射光經過分束鏡在被測物體表面處呈光柵清晰的泰伯像；

步驟2、調整ccd的位置，使得被物體表面反射的光束在ccd上呈現清晰的泰伯像；