[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

本發明屬于測試計量技術領域，尤其是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，包括上位機、電源模塊、運動控制器、光學探頭、測環、精密位移測量探頭、電動平移臺、支架，支架上具有縱向導軌和精密位移測量探頭，電動平移臺安裝于縱向導軌上，光學探頭固定于電動平移臺外側，精密位移測量探頭位于電動平移臺上方接觸式測量電動平移臺的高度，測環固定于光學探頭上方，待測光學元件置于測環內。本發明通過引入螺旋相位制作了光學探頭，調制光束使光斑與表面位置有關，批量測量時無需調節探頭位置直接可進行非接觸測量，與現有接觸式測量儀器相比，本方法對表面損傷較小且批量測量時效率更高，有望在光學加工企業廣泛應用。

技術領域

本發明涉及測試計量技術領域，尤其涉及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。

背景技術

球面透鏡曲率半徑的加工精度是影響透鏡光學性能的重要因素，在加工中必須嚴格加以控制，目前已開發了多種曲率半徑測量方法，可分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式測量中一般使用機械探針確定表面位置高度，已開發球徑儀及表面輪廓儀等商用設備。由于機械探頭對表面無拋光要求，因此該方法適用范圍較廣，可應用于不同加工階段透鏡的測量，但其易損傷透鏡表面，尤其對于較軟的紅外玻璃材料，測量時可能造成劃痕，影響光學性能。相比之下，非接觸式一般使用光學探頭確定表面位置，不會造成影響，目前主要有自準直法及掃描法等，前者要求表面拋光，且裝夾時需仔細調整以分別測量球心及貓眼位置，后者需使用精密掃描裝置，適用范圍廣，但效率低且成本較高，可見光學精密加工中亟需一種批量高速測量曲率半徑的技術與裝置。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的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，適用于球面光學元件曲率半徑的批量高速測量，在光學元件加工精度的檢測中有廣闊的應用前景。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于螺旋相位板的球面曲率半徑批量測量裝置，包括上位機、電源模塊、運動控制器、光學探頭、測環、精密位移測量探頭、電動平移臺、支架，所述支架為立式的，支架上具有縱向導軌，所述電動平移臺安裝于縱向導軌上，所述光學探頭固定于電動平移臺外側，所述精密位移測量探頭也安裝在支架上，精密位移測量探頭位于電動平移臺上方接觸式測量電動平移臺的高度，所述測環固定于光學探頭上方的拍攝區域，待測光學元件置于測環內，所述運動控制器分別線路連接上位機、光學探頭、精密位移測量探頭、電動平移臺；所述上位機、運動控制器、光學探頭、精密位移測量探頭、電動平移臺均由電源模塊供電。

作為更進一步的優選方案，光學探頭包括激光器、顯微物鏡、半透半反鏡、螺旋相位板、CMOS成像模塊，所述顯微物鏡、半透半反鏡、螺旋相位板、CMOS成像模塊從上至下依次布置，所述半透半反鏡呈45°固定，所述激光器位于半透半反鏡一側，激光器照射在半透半反鏡上。

作為更進一步的優選方案，精密位移測量探頭的測量范圍大于20mm，分辨率達1μm以上。

作為更進一步的優選方案，顯微物鏡的數值孔徑需高于0.4，焦深范圍大于10μm，工作距離大于2mm。

作為更進一步的優選方案，CMOS成像模塊的使用面陣探測器，像素數目大于100萬以上。

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，計算原理圖如圖4所示。由圖4中幾何關系計算可得球面曲率半徑為是通用的球徑計算公式，根據半徑矢高計算即可

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及h定義見圖4，r為弦長半徑，h為矢高。

標定步驟為：