[發(fā)明專(zhuān)利]一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010126544.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111238408A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳金才;何志平;張亮;竇永昊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/26
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/26
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開(kāi)了一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置和方法，該發(fā)明基于光束經(jīng)過(guò)非平行的光學(xué)平板時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的角度偏轉(zhuǎn)的原理，通過(guò)測(cè)量光束偏角大小來(lái)得到平行平板的角度偏差。該裝置由準(zhǔn)直激光光源、待檢平行平板、平行光管、面陣CCD組件組成，準(zhǔn)直激光光源經(jīng)過(guò)平行光管被平行光管焦面的面陣CCD接收，記錄插入待檢平行平板前后面陣CCD上的光斑位置及偏移方向來(lái)快速準(zhǔn)確測(cè)量平行平板平行度及楔角方向。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)單，適用于平行平板、光楔等光學(xué)器件的批量生產(chǎn)及測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及平行平板參數(shù)的測(cè)量及標(biāo)定，具體涉及一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置及方法。

背景技術(shù)

光學(xué)平行平板指的是光學(xué)平板的兩面都被精密拋光，它通常作為分光鏡或窗口等透過(guò)型元件，或被用作全反射鏡或光學(xué)測(cè)量中的基準(zhǔn)平面現(xiàn)象。而對(duì)于高精度的平面性和平行性的光學(xué)平行平板一般稱(chēng)作平行平晶，平行平晶作為標(biāo)準(zhǔn)件一般用于檢定千分尺、杠桿千分尺、杠桿卡規(guī)和千分尺規(guī)等量具測(cè)量面的不平度和兩相對(duì)測(cè)量面的不平行度。而存在微小角度偏差的光學(xué)平行平板稱(chēng)作光楔，光楔擁有改變光束的傳播方向的性質(zhì)，其應(yīng)用十分廣泛，例如雙光楔掃描、經(jīng)緯儀的測(cè)微等。在激光相關(guān)設(shè)備中，接收與發(fā)射光軸之間的微小差異一般采用雙光楔來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保發(fā)射與接收的光軸平行性；雙光楔還經(jīng)常應(yīng)用于激光掃描裝置中，如激光切割、激光測(cè)距等光學(xué)系統(tǒng)。

不論是平行平晶還是光楔的大批量加工過(guò)程中，需要快速準(zhǔn)確的測(cè)量出平行平板的楔角，目前測(cè)量方法是測(cè)角法及其相關(guān)的改進(jìn)方法，如專(zhuān)利號(hào) CN201810961946提供了一種透明光楔角度的檢測(cè)方法與裝置，利用棱鏡分光和兩個(gè)CCD，通過(guò)測(cè)量光楔前后光斑大小來(lái)計(jì)算得出楔角，該方法測(cè)試過(guò)程中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)節(jié)，引入了相關(guān)的讀數(shù)誤差，且過(guò)程較為繁瑣重復(fù)，不利于人員操作和效率提高。該方法用到的器件較多，且存在因CCD空間位置偏心導(dǎo)致光斑為橢圓的情況，測(cè)量精度有待商榷。

本發(fā)明從便于檢測(cè)和操作的角度出發(fā)，提出了一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置及方法，通過(guò)將平行平板插入在光源和平行光管之間測(cè)試前后光斑坐標(biāo)變化，即可得出待測(cè)平行平板的楔角與其主截面的空間位置，從而準(zhǔn)確快速測(cè)量平行平板的楔角度和楔角方向。該方法在實(shí)際的生產(chǎn)加工和檢測(cè)過(guò)程中，可以滿(mǎn)足便捷和易于操作性的檢測(cè)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置及方法，主要為了滿(mǎn)足實(shí)際的大規(guī)模生產(chǎn)加工過(guò)程中，對(duì)平行平板楔檢測(cè)方式的便捷和易于操作性的檢測(cè)要求。

一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置如附圖1所示，它包括準(zhǔn)直激光光源 1、帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2、平行光管3及面陣CCD組件4，其特征在于：準(zhǔn)直激光光源1產(chǎn)生準(zhǔn)直激光光束，經(jīng)過(guò)平行光管3會(huì)聚后被平行光管3 焦面處的面陣CCD組件4探測(cè)，再將帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2插入準(zhǔn)直激光光源1和平行光管3光路中間，記錄面陣CCD組件4探測(cè)到的光斑坐標(biāo)變化，通過(guò)計(jì)算坐標(biāo)變化來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2的楔角；通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2來(lái)觀察光斑坐標(biāo)變化，從而獲取平行平板的楔角方向。

本發(fā)明提供了一種快速測(cè)量平行平板平行度的裝置和方法，其具體實(shí)施步驟如下：

1)準(zhǔn)直激光光源1發(fā)射平行光被平行光管3接收并成像在其焦面處，將面陣CCD組件4放置在平行光管3焦面處，平行光管3的焦距f為已知量，記錄準(zhǔn)直激光光源1的光斑質(zhì)心坐標(biāo)(X1，Y1)。

2)插入帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2，調(diào)整其空間位置使得準(zhǔn)直激光光源1基本垂直入射至帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2。出射光經(jīng)過(guò)帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2后發(fā)生偏折，記錄此時(shí)面陣CCD組件4上光斑質(zhì)心坐標(biāo)(X2， Y2)，這出射光與入射光之間的偏向角為滿(mǎn)足以下公式：

3)已知帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2的折射率為n，根據(jù)幾何光學(xué)可知，偏向角與帶旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的待測(cè)平行平板2楔角α滿(mǎn)足：