[發(fā)明專利]多功能立式零位重疊掃描干涉測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011382213.7
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112504177B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳善勇;鐵貴鵬;陳威威;戴一帆;薛帥;翟德德;劉俊峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: 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)明公開了一種多功能立式零位重疊掃描干涉測量裝置，包括主控單元、驅(qū)動控制電路和氣浮隔振底座，氣浮隔振底座上分別設(shè)有立柱和四維運動調(diào)整平臺，立柱上設(shè)有垂直升降軸且垂直升降軸上裝有激光波面干涉儀，激光波面干涉儀的光輸出通路上設(shè)有可拆卸的CGH五維運動組合調(diào)整平臺，CGH五維運動組合調(diào)整平臺位于四維運動調(diào)整平臺的正上方，CGH五維運動組合調(diào)整平臺、四維運動調(diào)整平臺的控制端均分別通過驅(qū)動控制電路與主控單元相連，激光波面干涉儀的控制端與主控單元相連。本發(fā)明能對大口徑平面、球面、凸非球面實現(xiàn)高精度、高效率測量，可靈活地對平面、球面以及非球進行零位測量，結(jié)合自動化控制實現(xiàn)了大口徑光學(xué)面形的高效，高精度檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干涉拼接測量領(lǐng)域，具體涉及一種多功能立式零位重疊掃描干涉測量裝置，適用于大口徑平面、球面、凸非球面的多功能立式零位重疊掃描干涉測量。

背景技術(shù)

由于非球面鏡在簡化光電信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減輕系統(tǒng)質(zhì)量等方面的突出作用，非球面光學(xué)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于民用和軍用的光電儀器中。大口徑的凸非球面鏡更是作為空間及地基望遠鏡系統(tǒng)中的次鏡，發(fā)揮著不可替代的作用。隨著非球面鏡的大量應(yīng)用，口徑和相對口徑越來越大，光學(xué)鏡面的測量問題也日益凸顯。采用波面干涉測量可以精確獲得待測鏡面的面型誤差，但是對于大口徑、高陡度的非球面鏡而言，干涉儀無法對其進行直接測量，應(yīng)用無像差點法零位測試或像差補償測量法則需要比待測鏡更大口徑的輔助鏡或補償鏡，本身也帶來極大的檢測和制造難題，因此人們想出分區(qū)域重疊掃描測量大型光學(xué)鏡面面形來獲得全口徑面型誤差。

采用這種重疊掃描干涉測量的方法，可遍歷大口徑球面，得到覆蓋被測面的面形信息。也可將單個掃描區(qū)域的非球面度減小到干涉儀的垂直測量范圍內(nèi)，用球面干涉儀即可直接解析干涉條紋，可以直接對非球面度不大的非球面進行干涉測量。但是對于一些大口徑的高陡度非球面則會劃分出上百個重疊掃描區(qū)域，大大增加了測量難度。而對單個掃描區(qū)域的像差進行補償實現(xiàn)零位測量則可以大大提高非球面零位補償?shù)闹丿B掃描干涉測量的測量范圍和檢測精度。

美國專利“US 6956657B2”中提出一種可直接對平面、球面以及數(shù)十微米離軸量的非球面進行非零位測試的掃描區(qū)域拼接工作站(SSI)。SSI由高精度的六軸CNC控制平臺和標(biāo)準(zhǔn)的4/6英寸商用斐索干涉儀等組成，成功將干涉測量技術(shù)、精確數(shù)控技術(shù)和拼接算法結(jié)合在一起。在用戶輸入了被測面的口徑、曲率半徑、選擇合適的透射鏡頭并劃分定義了掃描區(qū)域布局之后，該工作站可自動控制各運動軸實現(xiàn)掃描區(qū)域測量過程中的名義運動，并在掃描區(qū)域?qū)?zhǔn)后進行干涉條紋的自動調(diào)零，并進行數(shù)據(jù)的采集和拼接。但該系統(tǒng)測量非球面的能力有限，且只能進行非零位的拼接測量。

牟柯冰等在中國專利申請?zhí)枴?01710111478.5”“立式球面干涉拼接測量裝置及其調(diào)整方法”的實施方案中提出將干涉儀用支架吊裝起來，使干涉儀垂直于地面，使被測球面的軸線與干涉儀出射光的軸線重合，通過調(diào)整被測鏡實現(xiàn)全口徑測量，消除了移動干涉儀帶來的誤差，同時能夠更加快速、準(zhǔn)確的完成對被測球面的調(diào)整和測量但是該法只能測量球面，并不適用于凸非球面鏡。

李圣怡等在中國專利申請?zhí)枴?00710034359.0”(大口徑大相對孔徑非球面鏡中高頻誤差檢測裝置與方法)中提出了一種非球面鏡中高頻誤差檢測裝置與方法，采用五軸運動調(diào)整平臺實現(xiàn)被測非球面鏡上部分區(qū)域的干涉測量，采用區(qū)域數(shù)據(jù)拼接算法，補償測量過程中的六自由度位姿誤差、最佳擬合球半徑誤差以及干涉儀成像的橫向比例誤差。其中波面干涉儀通過調(diào)焦平臺實現(xiàn)調(diào)焦運動，利用偏擺反射鏡將水平測量光路偏擺為豎直方向，被測非球面鏡通過三維運動調(diào)整平臺(兩維直線運動和一個繞對稱軸的回轉(zhuǎn)運動)實現(xiàn)鏡面上不同區(qū)域的測量。該裝置的主要缺點是偏擺反射鏡增加了測量對準(zhǔn)難度，引入了測量誤差；光路不夠靈活，受結(jié)構(gòu)限制，只適用于較小范圍的一類非球面鏡；另外被測非球面鏡參與多個運動調(diào)整，不利于保證大型鏡面測量的精度和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容