CN104315997B - 一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置和方法，装置包括菲索移相干涉仪，平面标准镜，被测平面镜，千分表，千分表支架，大理石平台，转台，六维调整平台，方镜，计算机，标记平面镜。其中标记平面镜的中心位置有十字刻线；方镜左右表面中心有垂直于上表面的刻线，上表面有两个过上表面中心的十字刻线，两十字刻线连线长度已知，方向与长边平行。该装置通过方镜和标记平面镜上刻线标示的使用，将被测平面镜的侧面刻线标示转移到测出的面形图中，实现了测量被测平面镜面形的同时，标定出被测平面镜的中心、侧面刻线标示在面形图上的对应位置和图像的像素分辨率，即确定出了检测数据的坐标系，从而为加工人员根据检测结果度修正被测平面镜面形提供更准确的数据。
Description
技术领域
本发明属于光学检测领域，涉及一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置和方法。
背景技术
光刻镜头是一个由几十片镜片组成的复杂的光学***，镜面的面形误差要求小于0.2nm。如此高精度的镜面面形需要反复加工检测，即每一次加工后，检测面形是否满足要求，不满足则需要用加工设备修正。反复检测和修正中除了需要高精度的检测面形数据以外，还需要将检测的坐标系与加工的坐标系对准，否则加工不收敛。因此检测人员需要向加工人员提供的数据包括，被测件的面形数据，面形数据的坐标系，像素的分辨率。
目前加工中常用的判断镜子是否安装到位的方法是利用工件的中心和工件侧面边缘的一条刻线进行对准，即加工坐标系的中心为工件的中心，加工坐标系的标记方向为侧面边缘的刻线在加工面的投影点与中心的连线。为了将被测件的中心和侧面刻线位置反应到检测数据中，常用的方法是将被测件的侧面刻线在被测镜表面的对应位置做标记，并在检测数据中将标记点的位置识别出来。这样做的缺点是标记点不易做准确，且由于标记点形状不规则带来识别标记点位置存在误差，使得提供给加工人员的检测数据的坐标系存在误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置和方法，实现了在提供被测件的面形数据的同时，标定出被测平面镜的中心、侧面刻线标示在面形图上的对应位置和图像的像素分辨率，即确定出了检测数据的坐标系，从而为加工人员根据检测结果度修正被测件面形提供更准确的数据。
为了实现上述目的，本发明提出了一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置，该装置包括：菲索移相干涉仪，平面标准镜，被测平面镜，千分表，千分表支架，大理石平台，转台，第一六维调整平台，方镜，第二六维调整平台，计算机和标记平面镜，其中：
第一六维调整平台和第二六维调整平台放于转台上，转台放于大理石平台上；
方镜放于第二六维调整平台上，第二六维调整平台可在六个自由度调节方镜；
被测平面镜放于第一六维调整平台上，第一六维调整平台可在六个自由度调节被测平面镜；
在大理石平台上安装上千分表和千分表支架，千分表与被测平面镜的外边缘接触；
被测平面镜侧边缘的刻线、方镜的左表面的刻线、右表面的刻线大致共面；
平面标准镜装在菲索移相干涉仪的前端，并位于平面镜的上方几厘米处；
计算机与菲索移相干涉仪连接，可控制菲索移相干涉仪，实时显示干涉条纹图像，并获得菲索移相干涉仪的CCD坐标系下的面形数据，且含图像处理算法，该算法可将不连续的面形数据分离出来，提取面形数据中的特征点。
进一步的，所述标记平面镜的中心有十字刻线。
进一步的，所述被测平面镜的侧面边缘有垂直于被测面的刻线。
进一步的，所述被方镜为正方体，左表面有过中心的刻线，其方向与上表面垂直；右表面有过中心的刻线，其方向与上表面垂直；上表面有第一十字刻线和第二十字刻线，第一十字刻线和第二十字刻线的中心连线长为某一确定值d，该连线的方向与方镜的长边平行，该连线的中点在上表面的中心，方镜的下表面磨毛。
另外本发明提供一种使用上述的标记检测数据坐标系的装置标记检测数据坐标系的方法，该标记检测数据坐标系的方法具体如下：
步骤S1：确定转台的中心在CCD上对应点；
步骤S2：转台的中心、方镜上表面第一十字刻线中心和第二十字刻线的中心在CCD上的对应点共线，且方向与CCD的X方向平行；
步骤S3：对准被测平面镜的中心与转台的中心；
步骤S4：被测平面镜与平面标准镜平行；
步骤S5：调整被测平面镜侧边缘的刻线、方镜的左表面的刻线、方镜的右表面的刻线共面；
步骤S6：获取检测结果。
进一步的，转台的中心、方镜上表面第一十字刻线中心和第二十字刻线的中心在CCD上的对应点共线，且方向与CCD的X方向平行的步骤如下：
步骤S21：调节第二六维调整平台，使方镜上表面与平面标准镜平行：调节第二六维调整平台，根据计算机获得的方镜上表面对应的干涉条纹数量，将方镜上表面与平面标准镜调平行；
步骤S22：计算机获得菲索移相干涉仪的CCD坐标系下的面形数据，分离出标记平面镜的面形数据和方镜的上表面的面形数据，提取出标记平面镜的面形数据中的十字刻线的中心点的坐标(x1113，y1113)，方镜的上表面的面形数据中的十字刻线的中心点的坐标(x1115，y1115)，方镜的上表面的面形数据中的十字刻线的中心点的坐标(x1116，y1116)，并判断这三个点的连线是否共线，若不共线，则调节第二六维调整平台，直到这三个点共线；
步骤S23：调节转台，判断(x1113，y1113)、(x1115，y1115)、(x1116，y1116)的连线方向是否与CCD的X方向平行，若不平行，则转动转台，直到平行为止。
进一步的，获取检测结果，包括计算机控制菲索移相干涉仪获得面形数据，分离得到的被测平面镜的面形数据，并给出被测平面镜的中心点在图像上的对应点位置为(x1113，y1113)，被测平面镜的侧边缘刻线在图像上的对应标记方向为CCD的X方向，方镜上表面第一十字刻线和第二十字刻线的中心连线长为d，每个像素对应的实际距离即像素分辨率为ε，ε的计算公式如下式所示：
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)、相对于现有常用的在被测镜表面做记号来确定检测数据坐标系的方法，本发明的方法可以更精确的以被测平面镜的中心和侧边缘的刻线确定出检测数据的坐标系，从而提高检测坐标系与加工坐标系的对准精度。
2)、相对于现有常用的在被测平面镜表面做记号来确定检测数据坐标系的方法，本发明的方法由于不用在被测面表面上做标记，不会污染破坏被测面。
附图说明
图1为本发明的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置的示意图；
图2为本发明的标记转台的中心在CCD上对应位置的装置的示意图；
图3为本发明的标记平面镜的结构示意图；
图4为本发明的标记平面镜的上表面结构示意图；
图5为本发明的方镜的结构示意图；
图6为本发明的方镜的上表面结构示意图；
图7为本发明的被测平面镜的结构示意图；
图8为本发明的标记平面镜面形的示意图；
图9为本发明的标记平面镜和方镜的上表面面形的示意图；
图10为本发明的标记平面镜中心和方镜的上表面的两十字刻线中心共线的示意图；
图11为本发明的标记平面镜中心和方镜的上表面的两十字刻线中心共线且与方向CCD的X方向平行的示意图；
图12为本发明的在平面镜和方镜的上表面面形的示意图；
图13为本发明的被测平面镜的检测结果的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
图1为本发明的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置的示意图，图2为为本发明的标记转台的中心在CCD上对应位置的装置的示意图，包含菲索移相干涉仪101，平面标准镜102，被测平面镜103，千分表104，千分表支架105，大理石平台106，转台107，第一六维调整平台108，方镜110，第二六维调整平台109，计算机111，标记平面镜112。其中标记平面镜112的结构示意图如图所示3，标记平面镜112为圆柱体，其口径为厘米量级，如可为150mm。其圆周面有一条宽度为d1(如0.05mm)的刻线1122，长度与标记平面镜112的圆柱体厚度(z轴向)一样，方向沿z轴向，标记平面镜112的上表面有十字刻线1121，每条刻线长度约为l1(如2mm)，每条刻线宽度约为w1(如0.05mm)。如图5所示，方镜110为正方体或六方体，例如采用尺寸为1cmx1cmx1cm正方体，其X轴负方向的YZ面有宽度w2(如0.05mm)，长度为l2(如1cm)的刻线1101，刻线1101方向沿Z轴向，且位于方镜110的Y轴方向中间位置；其X轴正方向的YZ面的对应位置处有一个相同的刻线1104，其方向与上表面垂直；方镜110的上表面如图6所示，有十字刻线1102和十字刻线1103，尺寸分别为2mmx2mm，十字刻线1102和十字刻线1103的中心连线长为d(如0.5cm)，方向与方镜110的长边平行，中点在上表面的中心，其中刻线宽度0.05mm，方镜110的下表面磨毛。如图7所示，被测平面镜103的口径为80mm，其侧面边缘有一条宽度0.05mm的刻线1031，长度与被测平面镜103的厚度一样，方向与平面镜103的上表面垂直。其中第一六维调整平台108和第二六维调整平台109放于转台107上，转台107放于大理石平台106上；方镜110放于第二六维调整平台109上，第二六维调整平台109可在六个自由度调节方镜110；被测平面镜103放于第一六维调整平台108上，第一六维调整平台108可在六个自由度调节被测平面镜103；在大理石平台106上安装上千分表104和千分表支架105，千分表104与被测平面镜103的外边缘接触；被测平面镜103侧边缘的刻线1031、方镜110的左表面的刻线1101、右表面的刻线1104大致共面；平面标准镜102装在菲索移相干涉仪101的前端，并位于平面镜103的上方几厘米处；计算机111与菲索移相干涉仪101连接，可控制菲索移相干涉仪101，实时显示干涉条纹图像，并获得菲索移相干涉仪101的CCD坐标系下的面形数据1111，如图8、9、10、11、12、13所示，且含图像处理算法，该算法可将不连续的面形数据分离出来，提取面形数据中的特征点。
本发明的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的方法，具体实施步骤如下：
步骤(1)、搭建如图2所示的测量平台，标记转台107的中心在CCD上对应点，具体步骤如下：
步骤a)、调节第一六维调整平台108，使标记平面镜112与平面标准镜102平行：调节第一六维调整平台108，根据计算机111获得的标记平面镜112的干涉条纹数量，将标记平面镜112与平面标准镜102调平行；
步骤b)、转动转台107旋转360度，每转45度，计算机111获得标记平面镜112的面形数据1112，如图8所示，提取出其中十字刻线1113的中心点的坐标(x1113，y1113)，经计算机计算，若坐标变化量大于等于1个像素，则调节第一六维调整平台108，直到(x1113，y1113)的变化量小于1个像素，认为标记平面镜112的中心和转台107的中心已对准，且(x1113，y1113)就是转台的中心在CCD上的对应点位置，记录该位置。
步骤(2)、调节，使得转台107的中心、方镜110上表面第一十字刻线1102中心和第二十字刻线1103的中心在CCD上的对应点共线，且方向与CCD的X方向平行，具体步骤如下：
步骤a)、调节第二六维调整平台109，使方镜110上表面与平面标准镜102平行：调节第二六维调整平台109，根据计算机111获得的方镜110上表面对应的干涉条纹数量，将方镜110上表面与平面标准镜102调平行；
步骤b)、计算机111获得如图9所示的面形数据1111，分离出标记平面镜112的面形数据1112和方镜110的上表面的面形数据1114，提取出标记平面镜112的面形数据1112中的十字刻线1113的中心点的坐标(x1113，y1113)，方镜110的上表面的面形数据1114中的十字刻线1115的中心点的坐标(x1115，y1115)，方镜110的上表面的面形数据1114中的十字刻线1116的中心点的坐标(x1116，y1116)，并判断这三个点的连线是否共线，若不共线，则调节六维调整平台109，直到这三个点共线，共线后的面形图像如图10所示；
步骤c)、如图11所示，调节转台107，判断(x1113，y1113)、(x1115，y1115)、(x1116，y1116)的连线方向是否与CCD的X方向平行，若不平行，则转动转台107，直到平行为止。
步骤(3)、如图1所示，取下标记平面镜112，换上被测平面镜103，装上千分表支架105和千分表104，其中千分表104与被测平面镜103的外边缘接触，被测平面镜103侧边缘的刻线1031、方镜110的左表面的刻线1101、方镜110的右表面的刻线1104大致共面；
步骤(4)、对准被测平面镜103的中心与转台107的中心：转动转台107一周，每转45度记录千分表104的读数，然后分析比较读数大小，并根据读数差调整被测平面镜103的位置，直到转动一周的读数误差小于阈值d0(d0的大小由千分表精度和被测平面镜103的圆度确定)，认为被测平面镜103的中心与转台107的中心已对准；
步骤(5)、被测平面镜103与标准镜102平行：调节第一六维调整平台108，根据计算机111获得的被测平面镜103的干涉条纹数量，将被测平面镜103与标准镜102平行。
步骤(6)、被测平面镜103侧边缘的刻线1031、方镜110的左表面的刻线1101、方镜110的右表面的刻线1104共面：人眼从方镜110的右表面观察，移动人眼位置，直到方镜110的左表面的刻线1101被方镜110的右表面的刻线1104挡住；然后调节第一六维调整平台108，直到被测平面镜103侧边缘的刻线1031和方镜110的左表面的刻线1101被方镜110的右表面的刻线1104挡住，即只能看到一条刻线时停止调节，认为此时被测平面镜103侧边缘的刻线1031、方镜110的左表面的刻线1101和方镜110的右表面的刻线1104已共面。
步骤(7)、获取检测结果：计算机111控制菲索移相干涉仪101获得如图12所示的面形数据1111，分离得到如图13所示的被测平面镜103的面形数据1117，并给出被测平面镜103的中心在图像上的对应点位置为(x1113，y1113)，被测平面镜103的侧边缘刻线1031在图像上的对应标记方向为CCD的X方向，图像的像素分辨率为ε，ε的计算公式如下式所示：
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内所作的变换或者替换都应涵盖在本发明所包含的范围内，因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置，其特征在于：该装置包括：菲索移相干涉仪(101)，平面标准镜(102)，被测平面镜(103)，千分表(104)，千分表支架(105)，大理石平台(106)，转台(107)，第一六维调整平台(108)，方镜(110)，第二六维调整平台(109)，计算机(111)和标记平面镜(112)，其中：
第一六维调整平台(108)和第二六维调整平台(109)放于转台(107)上，转台(107)放于大理石平台(106)上；
方镜(110)放于第二六维调整平台(109)上，第二六维调整平台(109)可在六个自由度调节方镜(110)；
被测平面镜(103)放于第一六维调整平台(108)上，第一六维调整平台(108)可在六个自由度调节被测平面镜(103)；
在大理石平台(106)上安装上千分表(104)和千分表支架(105)，千分表(104)与被测平面镜(103)的外边缘接触；
被测平面镜(103)侧边缘的刻线(1031)、方镜(110)的左表面的刻线(1101)、右表面的刻线(1104)大致共面；
平面标准镜(102)装在菲索移相干涉仪(101)的前端，并位于平面镜(103)的上方几厘米处；
计算机(111)与菲索移相干涉仪(101)连接，可控制菲索移相干涉仪(101)，实时显示干涉条纹图像，并获得菲索移相干涉仪(101)的CCD坐标系下的面形数据，且含图像处理算法，该算法可将不连续的面形数据分离出来，提取面形数据中的特征点。
2.根据权利要求1所述的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置，其特征在于：所述标记平面镜(112)的中心有十字刻线(1121)。
3.根据权利要求1所述的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置，其特征在于：所述被测平面镜(103)的侧面边缘有垂直于被测面的刻线(1031)。
4.根据权利要求1所述的在平面镜检测中标记检测数据坐标系的装置，其特征在于：所述方镜(110)为正方体，左表面的刻线(1101)，其方向与上表面垂直；右表面的刻线(1104)，其方向与上表面垂直；上表面有第一十字刻线(1102)和第二十字刻线(1103)，第一十字刻线(1102)和第二十字刻线(1103)的中心连线长为某一确定值d，该连线方向与方镜(110)的长边平行，该连线的中点在上表面的中心，方镜(110)的下表面磨毛。
5.一种使用权利要求1所述的标记检测数据坐标系的装置标记检测数据坐标系的方法，其特征在于：该标记检测数据坐标系的方法具体如下：
步骤S1：确定转台的中心在CCD上对应点；
步骤S2：转台(107)的中心、方镜(110)上表面第一十字刻线(1102)中心和第二十字刻线(1103)的中心在CCD上的对应点共线，且方向与CCD的X方向平行；
步骤S3：对准被测平面镜(103)的中心与转台(107)的中心；
步骤S4：被测平面镜(103)与平面标准镜(102)平行；
步骤S5：调整被测平面镜(103)侧边缘的刻线(1031)、方镜(110)的左表面的刻线(1101)、方镜(110)的右表面的刻线(1104)共面；
步骤S6：获取检测结果。
6.根据权利要求5所示的标记检测数据坐标系的方法，其特征在于：转台(107)的中心、方镜(110)上表面第一十字刻线(1102)中心和第二十字刻线(1103)的中心在CCD上的对应点共线，且方向与CCD的X方向平行的步骤如下：
步骤S21：调节第二六维调整平台(109)，使方镜(110)上表面与平面标准镜(102)平行：调节第二六维调整平台(109)，根据计算机(111)获得的方镜(110)上表面对应的干涉条纹数量，将方镜(110)上表面与平面标准镜(102)调平行；
步骤S22：计算机(111)获得菲索移相干涉仪(101)的CCD坐标系下的面形数据(1111)，分离出标记平面镜(112)的面形数据(1112)和方镜(110)的上表面的面形数据(1114)，提取出第三十字刻线(1113)的中心点的坐标(x1113，y1113)，第四十字刻线(1115)的中心点的坐标(x1115，y1115)，第五十字刻线(1116)的中心点的坐标(x1116，y1116)，并判断这三个点的连线是否共线，若不共线，则调节第二六维调整平台(109)，直到这三个点共线；
步骤S23：调节转台(107)，判断(x1113，y1113)、(x1115，y1115)、(x1116，y1116)的连线方向是否与CCD的X方向平行，若不平行，则转动转台(107)，直到平行为止。
7.根据权利要求6所示的标记检测数据坐标系的方法，其特征在于：获取检测结果，包括计算机(111)控制菲索移相干涉仪(101)获得面形数据(1111)，分离得到的被测平面镜(103)的面形数据(1117)，并给出被测平面镜(103)的中心点在图像上的对应点位置为(x1113，y1113)，被测平面镜(103)的侧边缘刻线(1031)在图像上的对应标记方向为CCD的X方向，方镜(110)上表面十字刻线(1102)和第二十字刻线(1103)的中心连线长为d，每个像素对应的实际距离即像素分辨率为ε，ε的计算公式如下式所示：
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