[發明專利]一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202011276800.8
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112268526A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 翟春婕;丁蕙;李文騫;管文壇;韓法旺
• 申請（專利權）人: 南京森林警察學院
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

1.一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，其特征在于：包括上位機(1)、電源模塊(2)、運動控制器(3)、光學探頭(4)、測環(5)、精密位移測量探頭(7)、電動平移臺(8)、支架(9)，所述支架(9)為立式的，支架(9)上具有縱向導軌，所述電動平移臺(8)安裝于縱向導軌上，所述光學探頭(4)固定于電動平移臺(8)外側，所述精密位移測量探頭(7)也安裝在支架(9)上，精密位移測量探頭(7)位于電動平移臺(8)上方接觸式測量電動平移臺(8)的高度，所述測環(5)固定于光學探頭(4)上方的拍攝區域，待測光學元件(6)置于測環(5)內，所述運動控制器(3)分別線路連接上位機(1)、光學探頭(4)、精密位移測量探頭(7)、電動平移臺(8)；所述上位機(1)、運動控制器(3)、光學探頭(4)、精密位移測量探頭(7)、電動平移臺(8)均由電源模塊(2)供電。

2.根據權利要求1所述的一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，其特征在于：所述光學探頭(4)包括激光器(41)、顯微物鏡(42)、半透半反鏡(43)、螺旋相位板(44)、CMOS成像模塊(45)，所述顯微物鏡(42)、半透半反鏡(43)、螺旋相位板(44)、CMOS成像模塊(45)從上至下依次布置，所述半透半反鏡(43)呈45°固定，所述激光器(41)位于半透半反鏡(43)一側，激光器(41)照射在半透半反鏡(43)上。

3.根據權利要求1所述的一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，其特征在于：所述精密位移測量探頭(7)的測量范圍大于20mm，分辨率達1μm以上。

4.根據權利要求2所述的一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，其特征在于：所述顯微物鏡(42)的數值孔徑需高于0.4，焦深范圍大于10μm，工作距離大于2mm。

5.根據權利要求2所述的一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，其特征在于：所述CMOS成像模塊(45)的使用面陣探測器，像素數目大于100萬以上。

6.一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量方法，其特征在于：包括標定步驟及測量步驟，在進行測量前需首先進行標定，確定測環的準確半徑，并將標定后參數保存在系統硬盤中，測量時讀取測環參數計算曲率半徑，兩者均使用球面矢高法進行計算，通過球徑計算公式計算可得球面曲率半徑為

式中ρ為紅寶石球半徑，當球面為凹面時符號為正，凸面時符號為負，r為弦長半徑，h為矢高；

標定步驟為：

1.根據待測球面透鏡的口徑選擇合適的測環半徑，安裝紅寶石球探頭；

2.在測環上放置平晶，移動光學探頭聚焦點至平晶下表面，記錄此時的光學探頭位置及光斑旋轉角度；

3.移動光學探頭，每步移動1μm，記錄每步的光學探頭位置及光斑旋轉角度；

4.取下平晶，在測環上放置已知曲率半徑的球面透鏡，移動光學探頭聚焦點至球面透鏡表面，記錄光斑旋轉角度及光學探頭位置，計算對應的球面矢高；

5.假設球面為凹面,則測環弦長為

6.在硬盤上保存測環弦長信息；

測量步驟為：

1.在測環上放置待測球面透鏡；

2.移動光學探頭聚焦點至待測球面透鏡下表面，記錄光斑旋轉角度及光學探頭位置，計算對應的球面矢高；

3.根據式(1)及標定的測環半徑計算球面曲率半徑；

4.當批量測量時無需移動光學探頭，直接更換待測球面透鏡，通過光斑旋轉角度不同確定矢高不同，更新球面曲率半徑，由于無需任何調節，測量效率較高。