CN102636131A - 用于微小非球面加工的在位测量装置 - Google Patents
用于微小非球面加工的在位测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102636131A CN102636131A CN2012101404431A CN201210140443A CN102636131A CN 102636131 A CN102636131 A CN 102636131A CN 2012101404431 A CN2012101404431 A CN 2012101404431A CN 201210140443 A CN201210140443 A CN 201210140443A CN 102636131 A CN102636131 A CN 102636131A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aspheric surface
- aspheric
- frequency conversion
- bar graph
- ccd camera
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
一种用于微小非球面加工的在位测量装置，其构成包括：一台显示器、一个CCD镜头、一台计算机(配置有双屏显卡、图像采集卡)、被测非球面模具和一套变频条纹图处理软件。在该装置中，测量的实现是通过变频移相法实现；而变频功能是通过软件投影算法实现。本实验装置采用普通的计算机以及显示器，成本低，不仅可测量多种小口径的非球面，对平面和球面同样适用，可实现普通机床环境下的在位非球面测量。
Description
技术领域
本发明是一种结构简单的光学三维测量装置，主要用于微小非球面加工的在位测量。
背景技术
采用非球面光学***，可消除球差、慧差、像散、场曲，减少光能损失，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性，可广泛应用于各种现代光电子产品、图像处理产品如数码相机、VCD、DVD、电脑、CCD摄像镜头、大屏幕投影电视机及军事、天文和医疗等行业。在非球面光学元件的加工和实验中，对其表面面形的精确测量是至关重要的；从某种意义上说，没有与加工精度相适应的高精度检测方法及仪器，非球面的精密和超精密加工就难以实现。近些年来，人们提出了许多非球面测量技术和装置，但这些技术和装置都存在着或实现条件苛刻、或速度慢、或精度低、或通用性差、或成本过高等缺点，因此迫切需要开发新的简单实用而且操作方便的技术装置来克服以上所述的不足。
在先技术之一(参见“Stylus profiling at high resolution and low force高分辨率、低接触压力的探针轮廓测量技术”，J.F.Song and T.V.Vorburger，Appl.Opt.，30，42-50，1991)采用接触式探针测量出非球面表面各点的三维坐标值，这种测量方法虽然原理简单，但测量效率低，无法实现动态测量，而且探针会对测量表面较软(如塑料)的非球面镜片造成损伤。
在先技术之二(参见“Deep aspheric testing base on phase-shift electronic Moire patterns基于相移电子莫尔条纹的深度非球面检测”，光学精密工程，11(3)：250-255，2003)采用轮廓投影法进行非球面测量，其对环境要求低，但这种方法一般适用于精度要求不高的场合，如显微镜的聚光镜等，当被测非球面精度要求较高时，这种方法无能为力。
在先技术之三(参见《非球面干涉仪零检验的补偿器设计》，伍凡，应用光学，18(2)，10-13.1997)采用零位检测法(Null Compensation)对非球面进行测量，零位检测法根据被测非球面设计出补偿透镜，使得入射到补偿透镜上的平面波或球面波变换成与被测非球面理论形状相同的波形，并与被测非球面的实际波面干涉形成干涉条纹，实现测量，其中补偿器的设计对于补偿干涉法测量非常重要，在测量中，往往根据实际情况设计出不同的补偿器和相应的测量光学***，通用性很差，相应的成本也非常高，而且测量过程受环境影响大。
在先技术之四(参见Design of a novel hologram for full measurement of large and deepconvex aspheric surfaces用于大型深度凸非球面测量的全息干涉法，Hua Liu，Zhenwu Lu，Fengyou Li，and Qiang Sun，Optics Express，15(6)，3120-3126，2007和“Testing large convexaspherical surface with computer generated holography采用技术全息技术实现大型凸非球面曲面的检测”，Chang J，L I F Y，Weng Zh Ch et al.Acta Op tica Sinica，23(10)：1266～1268，2003)介绍了计算全息(CGH)法测量非球面的方法，它是采用非球面镜片的计算全息图代替零位检测法中的补偿器来实现零位干涉测量。采用计算全息法测量非球面的精度一般可达λ/10，但同样存在与补偿干涉法一样的缺点，通用性差。
在先技术之五(参见P.Hariharan et al.，“Measurement of aspheric surface using amicro-computer-controlled radial-shear interferometer采用微计算机控制的径向剪切干涉仪实现非球面曲面测量”，Optica Acta.31(9)，1984)采用径向剪切干涉技术结合相移技术实现非球面面形测量，其相移同样也是采用压电陶瓷(PZT)实现，测量过程需要严格的隔振，因此无法实现普通环境下的测量，同时也很难实现实时动态测量，而且测量过程中很难改变条纹频率以适应不同的被测面形，对带有不连续区域的非球面(如拼接非球面)的测量有没有具体的应对方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，为克服上述现有技术的缺点，提出一种用于微小非球面加工的在位面形测量装置，它能在无需专门的隔振、隔噪声装置的普通环境下进行非球面面形高精度测量，并可在选择合适的条纹频率后进行测量；而对于存在不连续区域的非球面镜，可按一定要求快速采集多组不同频率的相移条纹，以时间相位法获得此类非球面镜的三维形貌；在该方法中，测量的实现是通过变频移相法实现；而变频功能是通过软件投影算法实现。本实验装置采用普通的计算机以及显示器，成本低，抗振动、噪声能力强，具有操作简便的特点，而且适合不同口径的各种面形(包括非球面、球面和平面等)的测量，是一种多功能测量装置。
本发明的技术解决方案是，所述测量非球面面形的光学装置有一台显示器、一个CCD镜头、一台计算机(配置有双屏显卡、图像采集卡)、被测非球面模具和一套变频条纹图处理软件。在该装置中，测量的实现是通过变频移相法实现；而变频功能是通过软件投影算法实现。
以下对本发明做出进一步说明。
参见图1，本发明所述非球面面形的光学装置有计算机1，其结构特点是，基于普通个人pc上，配置双屏显卡、图像采集卡，与ccd镜头兼容；有普通液晶显示器2，其特征在于，与计算机1相连接，可独立显示条纹图；有ccd镜头3，其特征在于具有较小的f数，可清晰拍摄离焦条纹图；有非球面模具4，其特征在于小口径非球面模具样品，表面光滑；有变频条纹图处理软件5，其特征在于，用于处理变频条纹图，可实现任意组变频条纹的处理。
所述的显示器2、ccd镜头3与被测非球面4成空间等边三角形，相互夹角成60。
所述的非球面测量装置，其特征在于，所述ccd镜头3要求有较小的f数(＜1)；
所述的非球面测量装置，其特征在于，所述非球面样品4的口径小于10mm，表面是镜面，并且非球面的深度不宜过大。
由计算机1根据条纹图模拟算法显示出不同频率的条纹图，至少6组相移条纹图，并通过计算机1中的双屏显卡把图像信号输入到显示器2单独显示，非球面样品4是镜面，可反射显示器2的条纹图，此时ccd镜头3对模具4反射出的条纹图进行拍摄，获取多幅变频条纹图，ccd镜头3通过图像采集卡与计算机1连接，并把采集的图像数据输入到计算机1中，在计算机1中，由软件5进行条纹图的处理，从而利用软件算法恢复出被测样品4的非球面形状，这里的显示器2、ccd镜头3与被测样品4是成空间等边三角形，并以此位置来计算各硬件参数，以获取最终的三维面形尺寸。
在该装置中，测量的实时性是通过ccd镜头3与显示器2同步触发实现；而变频功能是通过计算机1中的软件5来实现。本实验装置采用普通元件，成本低，不仅可测量多种小口径的非球面，对平面和球面同样适用，可实现普通环境下的快速高精度测量，而且具有变频功能，对处理存在不连续区域的镜面(如带缺陷的非球面)非常有效。
由以上可知，本发明为一种测量微小非球面面形的非干涉光学装置，兼有条纹变频的功能，根据所需条纹的周期选择硬件的相对位置，可在极短时间采集相移干涉图，实现快速测量，对环境并无苛刻的要求(无需专门的隔振、隔噪声设备)，而且适合不同口径的微小非球面测量；可采集多组(每组四幅图)不同频率的相移条纹，利用时间相位法实现非球面的高精度测量。该装置采用规则的条纹图，其后期处理十分方便。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图。在图中：
1-普通计算机，
2-液晶显示器，
3-ccd镜头，
4-非球面样品模具，
5-计算机软件。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述计算机1根据条纹图模拟算法显示出不同频率的条纹图，至少6组相移条纹图，并通过计算机1中的双屏显卡把图像信号输入到显示器2单独显示，非球面样品4是镜面，可反射显示器2的条纹图，此时ccd镜头3对模具4反射出的条纹图进行拍摄，获取多幅变频条纹图，ccd镜头3通过图像采集卡与计算机1连接，并把采集的图像数据输入到计算机1中，在计算机1中，由软件5进行条纹图的处理，从而利用软件算法恢复出被测样品4的非球面形状，这里的显示器2、ccd镜头3与被测样品4是成空间等边三角形，并以此位置来计算各硬件参数，以获取最终的三维面形尺寸。
Claims (4)
1.一种用于微小非球面加工的在位测量装置，有计算机1，其特征在于，可配置双屏显卡、图像采集卡，与ccd镜头兼容；普通液晶显示器2，其特征在于，与计算机1相连接，可独立显示条纹图；ccd镜头3，其特征在于具有较小的f数，可清晰拍摄离焦条纹图；模具4，其特征在于小口径非球面模具样品，表面光滑；变频条纹图处理软件5，其特征在于，用于处理变频条纹图，可实现任意组变频条纹的处理。
2.根据权利要求1所述的非球面测量装置，其特征在于，所述的显示器2、ccd镜头3与被测非球面4成空间等边三角形，相互夹角成60。
3.根据权利要求1所述的非球面测量装置，其特征在于，所述ccd镜头3要求有较小的f数(＜1)；
4.根据权利要求1所述的非球面测量装置，其特征在于，所述非球面样品4的口径小于10mm，表面是镜面，并且非球面的深度不宜过大。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012101404431A CN102636131A (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 用于微小非球面加工的在位测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2012101404431A CN102636131A (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 用于微小非球面加工的在位测量装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102636131A true CN102636131A (zh) | 2012-08-15 |
Family
ID=46620621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2012101404431A Pending CN102636131A (zh) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | 用于微小非球面加工的在位测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102636131A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103968776A (zh) * | 2013-01-08 | 2014-08-06 | 浙江科技学院 | 一种用于非球面光学模具在机检测的新装置 |
| CN105954154A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-09-21 | 清华大学深圳研究生院 | 一种测量悬浮颗粒物的二维光散射角度分布的装置及方法 |
| TWI567383B (zh) * | 2015-02-17 | 2017-01-21 | 國立中山大學 | 利用條紋投影量測光滑物體的方法 |
| CN107132236A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 广西真龙实业有限责任公司 | 一种烫金分切机双屏检测装置 |
| CN109855559A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-06-07 | 成都市众智三维科技有限公司 | 一种全空间标定***及方法 |
| CN111765851A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-13 | 河北工业大学 | 基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法及装置 |
-
2012
- 2012-05-09 CN CN2012101404431A patent/CN102636131A/zh active Pending
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 徐珍华等: "一种时间相位展开算法", 《四川大学学报》 * |
| 李璐璐: "时间相位展开的误差分析与算法设计", 《四川大学学报》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103968776A (zh) * | 2013-01-08 | 2014-08-06 | 浙江科技学院 | 一种用于非球面光学模具在机检测的新装置 |
| TWI567383B (zh) * | 2015-02-17 | 2017-01-21 | 國立中山大學 | 利用條紋投影量測光滑物體的方法 |
| US9739602B2 (en) | 2015-02-17 | 2017-08-22 | National Sun Yat-Sen University | Method for measuring three-dimensional profile of specular object by fringe projection |
| CN105954154A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-09-21 | 清华大学深圳研究生院 | 一种测量悬浮颗粒物的二维光散射角度分布的装置及方法 |
| CN107132236A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-05 | 广西真龙实业有限责任公司 | 一种烫金分切机双屏检测装置 |
| CN109855559A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-06-07 | 成都市众智三维科技有限公司 | 一种全空间标定***及方法 |
| CN111765851A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-13 | 河北工业大学 | 基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法及装置 |
| CN111765851B (zh) * | 2020-07-09 | 2021-09-28 | 河北工业大学 | 基于双屏透射显示的镜面物体三维形貌测量方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101270975B (zh) | 一种用于非球面面形测量的组合式干涉装置 | |
| CN102636131A (zh) | 用于微小非球面加工的在位测量装置 | |
| CN102788558B (zh) | 散斑相关和散斑干涉相结合的三维变形测量***及方法 | |
| CN102435136A (zh) | 空间相移装置及应用该装置的干涉测量装置、相位校正装置 | |
| CN101893429A (zh) | 一种基于偏振相移显微干涉术的超精表面测量*** | |
| CN102937421B (zh) | 旋转轴对称光学非球面的实时检测方法 | |
| CN103134445A (zh) | 一种大范围高精度的面形检测装置及其检测方法 | |
| CN102589440A (zh) | 连续变角度数字全息干涉测量的方法和装置 | |
| CN102506759A (zh) | 一种大口径非球面朗奇检测方法 | |
| CN101776488A (zh) | 利用同步移相干涉方法测量光学相位的方法及实现光路 | |
| CN102865810B (zh) | 基于正交双光栅的同步相移共光路干涉检测装置及检测方法 | |
| CN111537203A (zh) | 一种利用相位测量偏折术的光学透镜波前测量方法 | |
| CN103217104A (zh) | 一种点衍射三维绝对位移无导轨测量装置及方法 | |
| Zhang et al. | Recent advance on phase measuring deflectometry for obtaining 3D shape of specular surface | |
| CN106441152A (zh) | 非对称式光学干涉测量方法及装置 | |
| CN103968776B (zh) | 一种用于非球面光学模具在机检测的新装置 | |
| CN203657756U (zh) | 圆柱体外表面的光学检测装置 | |
| CN102519611A (zh) | 共光路径向剪切数字波面干涉仪 | |
| CN105180840A (zh) | 基于彩色双频条纹反射的大口径凹镜面面形的测量方法及其装置 | |
| Vishnyakov et al. | Automated Interference Tools of the All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements | |
| CN202692937U (zh) | 一种大口径相移干涉仪 | |
| Fu et al. | Determination of instantaneous curvature and twist by digital shearography | |
| Liu et al. | Investigation on measurement of mid-frequency wavefront error for large optics in high-power laser system | |
| Wan et al. | Development of an integrated freeform optics measurement system based on phase measuring deflectometry | |
| CN102840823B (zh) | 基于分光同步相移的共光路干涉检测装置及检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120815 |