[發(fā)明專利]光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011382187.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN112504176B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳善勇;戴一帆;薛帥;翟德德;劉俊峰;彭小強(qiáng);熊玉朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/30
• 分類號(hào): G01B11/30;G01B9/02055
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發(fā)明公開了一種光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置與方法，本發(fā)明補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置包括干涉儀、二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)和三維平移臺(tái)，所述干涉儀安裝固定在二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)上，所述二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)安裝固定在三維平移臺(tái)上，所述干涉儀內(nèi)部設(shè)有探測(cè)器以及內(nèi)部光路系統(tǒng)，所述干涉儀的出光口設(shè)有球面鏡頭，且所述干涉儀的外部光路上安裝有針孔板和補(bǔ)償器，可用于光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光路容易對(duì)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明方法基于零位補(bǔ)償?shù)募す獠娓缮嬖?，測(cè)量的分辨率和精度都很高，動(dòng)態(tài)范圍大，能測(cè)得全口徑測(cè)量時(shí)無(wú)法解析的局部大誤差，通過多個(gè)不同部位的測(cè)量數(shù)據(jù)的拼接，能獲得被測(cè)鏡面上全口徑可解析的面形誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)

光學(xué)零件加工一般經(jīng)歷銑磨、研磨、拋光等幾個(gè)階段，其中銑磨階段采用數(shù)控成型方法加工出最接近理想面形的球面或非球面，面形誤差通常為10μm量級(jí)；拋光階段則基于面形誤差高點(diǎn)可控去除的確定性修形原理，將1μm量級(jí)的面形誤差逐步減小到亞微米甚至納米級(jí)；研磨階段是中間銜接工藝，是決定后續(xù)拋光能否高效收斂到高精度的關(guān)鍵。但是研磨加工的確定性遠(yuǎn)不如拋光加工，特別是復(fù)雜面形的局部曲率變化使得研磨盤與被加工面很難貼合，容易出現(xiàn)局部誤差很大的情形，例如常見的塌邊或翹邊問題，以及局部凹坑或突起，對(duì)應(yīng)的誤差梯度太大，導(dǎo)致干涉條紋太密甚至不可見，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了探測(cè)器的Nyquist(奈奎斯特)采樣頻率，干涉儀無(wú)法解析。也就是說(shuō)，在研磨加工后期，經(jīng)常會(huì)遇到邊緣或局部誤差無(wú)法解析，甚至無(wú)法判斷面形誤差是高點(diǎn)還是低點(diǎn)的問題，使得無(wú)法順利銜接到后續(xù)的拋光階段。目前的解決辦法還是依靠坐標(biāo)測(cè)量來(lái)輔助判斷，但坐標(biāo)測(cè)量的分辨率和精度都達(dá)不到要求，效果很差?；蛘卟聹y(cè)為誤差高點(diǎn)或低點(diǎn)進(jìn)行試加工，然后根據(jù)加工效果判斷，這種“盲拋”方式風(fēng)險(xiǎn)很大，容易造成誤加工，導(dǎo)致局部誤差變大，加工過程無(wú)法繼續(xù)收斂，需要返工進(jìn)入光順工序。因此，大誤差無(wú)法解析問題已經(jīng)成為制約復(fù)雜面形加工進(jìn)度的技術(shù)瓶頸。

薛帥等在論文“Shuai Xue,Shanyong Chen,Zhanbin Fan,and DedeZhai.Adaptive wavefront interferometry for unknown free-form surfaces,OpticsExpress,26(17):21910-21928,2018”中公開了一種使用空間光調(diào)制器作為自適應(yīng)補(bǔ)償器的干涉測(cè)量方法，可對(duì)加工過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)演變的誤差進(jìn)行測(cè)量，但受空間光調(diào)制器的調(diào)制能力限制，測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍較小，精度也只有λ/30(均方根)，且需要復(fù)雜算法經(jīng)過多次迭代優(yōu)化才能將不可解析的密集干涉條紋變成可以解析的稀疏條紋，測(cè)量效率偏低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置與方法，本發(fā)明光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置可用于光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光路容易對(duì)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明方法基于零位補(bǔ)償?shù)募す獠娓缮嬖恚瑴y(cè)量的分辨率和精度都很高，動(dòng)態(tài)范圍大，能測(cè)得全口徑測(cè)量時(shí)無(wú)法解析的局部大誤差，通過多個(gè)不同部位的測(cè)量數(shù)據(jù)的拼接，能獲得被測(cè)鏡面上全口徑可解析的面形誤差。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種光學(xué)面形局部大誤差的補(bǔ)償干涉測(cè)量裝置，包括干涉儀、二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)和三維平移臺(tái)，所述干涉儀安裝固定在二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)上，所述二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)安裝固定在三維平移臺(tái)上，所述干涉儀內(nèi)部設(shè)有探測(cè)器以及內(nèi)部光路系統(tǒng)，所述干涉儀的出光口設(shè)有球面鏡頭，且所述干涉儀的外部光路上安裝有針孔板和補(bǔ)償器。

可選地，所述二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)包括相互連接的俯仰平臺(tái)和偏擺平臺(tái)，所述俯仰平臺(tái)和偏擺平臺(tái)兩者中的一者與干涉儀連接固定、另一者與三維平移臺(tái)連接固定。

可選地，所述三維平移臺(tái)包括按照指定順序依次相連的Z向調(diào)焦平臺(tái)、X向平移臺(tái)和Y向升降臺(tái)，所述Z向調(diào)焦平臺(tái)、X向平移臺(tái)和Y向升降臺(tái)三者中位于頂部的其一與二維姿態(tài)調(diào)整平臺(tái)連接固定。