[發明專利]基于權值分配的共焦測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202211087003.4
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115307574A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 楊永強;王廷煜;王之一;王建立;糜小濤;楊禹凱;全勝;姚凱男;劉昌華
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/26
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

1.一種基于權值分配的共焦測量系統，其特征在于，包括位置測量單元、角度測量單元；其中，

所述位置測量單元包括沿光路依次設置的第一分束鏡、第一聚焦透鏡、第二分束鏡、差動共焦測量組件；

所述角度測量單元包括沿光路依次設置的多面體棱鏡、角度測量組件；

激光光束入射至所述第一分束鏡，經所述第一分束鏡透射至所述第一聚焦透鏡進行聚焦，聚焦后的光束入射至所述待測物，經所述待測物表面反射后穿過所述第一聚焦透鏡后，入射至所述第一分束鏡，經所述第一分束鏡反射至所述第二分束鏡進行分光，一部分光束被反射作為角度測量光束入射至所述多面體棱鏡，所述多面體棱鏡將入射的角度測量光束進行分束后入射至所述角度測量組件，所述角度測量組件根據入射光束的強度的權值分布獲取所述待測物表面待測點的角度信息，另一部分被透射作為位置測量光束入射至所述差動共焦測量組件進行位置測量，通過所述差動共焦測量組件獲取所述待測物表面待測點的位置信息，并結合所述角度信息同時獲取所述待測物的面型信息和表面傾角信息。

2.根據權利要求1所述的基于權值分配的共焦測量系統，其特征在于，所述多面體棱鏡為四面體棱鏡，且所述四面體棱鏡的三個側面鍍有反射膜。

3.根據權利要求2所述的基于權值分配的共焦測量系統，其特征在于，所述角度測量組件為沿光路依次設置的聚焦透鏡組、針孔組、光電探測器組；

所述聚焦透鏡組包括第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡；

所述針孔組包括第一針孔、第二針孔、第三針孔；

所述光電探測器組包括第一光電探測器、第二光電探測器、第三光電探測器；

經所述四面體棱鏡各個側面反射的角度測量光束分別入射至所述第一聚焦透鏡、所述第二聚焦透鏡和所述第三聚焦透鏡，經相應的聚焦透鏡聚光后，分別穿過所述第一針孔、所述第二針孔、所述第三針孔，分別入射至所述第一光電探測器、所述第二光電探測器和所述第三光電探測器。

4.根據權利要求1所述的基于權值分配的共焦測量系統，其特征在于，所述差動共焦測量組件包括干涉測距儀、傳動組件、第三分束鏡、焦前聚焦透鏡、焦前針孔、焦前光電探測器、焦后聚焦透鏡、焦后針孔、焦后光電探測器；其中，

所述傳動組件與所述第一聚焦透鏡固定連接，所述傳動組件控制所述第一聚焦透鏡沿所述激光光束方向往復移動來控制所述待測表面的成像位置，所述干涉測距儀用于測量所述第一聚焦透鏡移動的位移數值；所述焦前聚焦透鏡的物平面位于焦前，在其像平面設置所述焦前光電探測器；所述焦后聚焦透鏡的物平面位于焦后，在其像平面設置所述焦后光電探測器；

所述位置測量光束入射至所述第三分束鏡進行分光，一部分光束被反射作為焦前測量光束，所述焦前測量光束依次通過所述焦前聚焦透鏡、所述焦前針孔后入射至所述焦前光電探測器；另一部分光束被透射作為焦后測量光束，所述焦后測量光束依次通過所述焦后聚焦透鏡、所述焦后針孔后入射至所述焦后光電探測器。

5.一種采用權利要求1-4中任意一項所述的基于權值分配的共焦測量系統的測量方法，其特征在于，基于權值分配的共焦測量系統實現測量，包括如下步驟：

S1、搭建基于權值分配的共焦測量系統；

所述激光光束依次經所述第一分束鏡、所述第一聚焦透鏡透射至所述待測物，經所述待測物表面待測點反射后，沿原光路返回至所述第一分束鏡，經所述第一分束鏡反射至所述第二分束鏡后，經所述第二分束鏡反射的角度測量光束入射至所述角度測量單元進行測量；經所述第二分束鏡透射的位置測量光束入射至所述差動共焦測量組件進行位置測量；

S2、

所述角度測量單元的角度測量方法為：

角度測量光束入射至所述多面體棱鏡，所述多面體棱鏡將入射的角度測量光束進行分束，分束后入射至所述聚焦透鏡組，經相應的聚焦透鏡聚光后入射至光電探測器組，獲取相應的探測器上的光強數據，獲取光束強度的權值分布和傾斜角度的對應關系，進而完成所述待測物的傾斜角度測量；

所述位置測量單元的位置測量方法為：

由所述差動共焦測量組件獲取差動共焦響應信號曲線，通過差動共焦響應曲線的過零點來確定所述待測物的距離位置信息；

結合所述角度測量方法和所述位置測量方法同時獲取所述待測物的面型信息和表面傾角信息。