CN104330050A - 大口径光学元件动态干涉拼接测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置及测量方法，装置包含数控机箱、主控计算机、被测件移动调整平台、动态干涉仪、干涉仪升降台、测量计算机。被测元件放置于被测件移动调整平台上，动态干涉仪安装在干涉仪升降台上，干涉仪升降台和被测件移动调整平台通过电缆与数控机箱连接，主控计算机与数控机箱通过信号线连接，与测量计算机通过网线连接。利用该装置可以通过测量子孔径区域拼接得到被测件全部面形，拼接测量主控软件集控制、测量、拼接计算于一体，易于操作。本发明采用动态干涉测量，降低了对测量环境的要求，可以在车间等非隔振条件下应用；采用干涉拼接技术扩大了测量范围；采用高精度移动调整平台精简了调整次数。

Description

大口径光学元件动态干涉拼接测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置及测量方法，属于光学检测技术领域。

背景技术

大口径光学元件在航天、 军事等领域的应用日益广泛，光学元件口径增大的同时精度要求也逐渐提高，庞大的需求量给元件的加工和检测带来很大压力。然而大口径光学元件的面形检测技术仍然存在诸多挑战，现有的商用大口径干涉仪价格昂贵，通用的4″和6″干涉仪多为相移式干涉仪，对检测环境要求颇高，也对被测件调整装置的精度和稳定性有很高要求，这就限制了检测只能在隔振、恒温、恒湿等条件较好的实验室中进行，大大降低了检测效率。

干涉拼接技术是用若干个子孔径覆盖大尺寸被测面，子孔径之间有重叠区域，采用小口径干涉仪测量每个子孔径，再组合计算出全部被测面形。该方法作为一种低成本扩展测量范围的有效方法，国内外学者已进行了大量研究，主要集中在提高拼接精度及稳定性方面，众多研究在应用推广中都遇到了一个瓶颈问题，那就是对检测环境的高要求带来的高成本。本发明正是对不良环境，如车间加工工件在位条件下的干涉拼接测量这一关键技术展开研究。

发明内容

本发明针对现有大口径光学元件检测装置和方法在车间等条件下的检测要求，提出了一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置及测量方法。该装置相比传统拼接测量装置而言，能以较少的调整维度达到较高的测量精度，操作简便自动化程度高，同时降低了对测量环境的要求，可以在车间等非隔振条件下使用，有较强的可实现性，是一种高精度、高效率的大口径光学元件的检测装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置，包含数控机箱、主控计算机、被测件移动调整平台、动态干涉仪、干涉仪升降台、测量计算机，被测元件放置于所述被测件移动调整平台上，动态干涉仪安装在所述干涉仪升降台上；所述干涉仪升降台和所述被测件移动调整平台通过电缆与所述数控机箱连接，所述主控计算机与所述数控机箱通过信号线连接，所述主控计算机与所述测量计算机通过网线连接，所述测量计算机与动态干涉仪通过信号线连接。所述主控计算机安装有拼接测量主控软件，所述测量计算机安装有动态干涉仪测量软件。

所述被测件移动调整平台以大理石为基底制造，包括平台二维调整机构、底座、二维移动机构组成；其中，所述二维移动机构包括X轴导轨、Y轴导轨、支撑架、L型支撑台，所述X轴导轨安装在底座上，所述支撑架垂直安装在所述X轴导轨上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现水平方向移动，所述Y轴导轨安装在所述支撑架上，所述L型支撑台安装在所述Y轴导轨上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现竖直方向移动，所述被测件放置于所述L型支撑台上，并由三个滑块从侧方固定。

所述的主控计算机上安装的主控软件集控制、测量、拼接计算与一体，可以控制所述被测件移动调整平台的二维移动，远程控制所述测量计算机进行动态干涉仪的数据采集工作，读取测量计算机上采集的数据并进行拼接计算。

一种大口径光学元件动态干涉拼接测量方法，采用上述测量装置进行测量，具体实施步骤为：

1）初始化参数设定：将被测件尺寸输入所述主控计算机，给出测量方案，包括需要测量的子孔径数目、位置和测量路径信息；选择被测件移动调整平台的运动速度，确定测量两个子孔径的时间间隔；

2）所述主控计算机发出指令，进入测量前校准模式：调整所述干涉仪升降台高度，使被测件在二维移动范围内能够全部被动态干涉仪有效测量区域覆盖；所述主控计算机将所述被测件移动调整平台移动至中间位置，使所述动态干涉仪出射波面照射至被测件中心位置，利用所述被测件移动调整平台对所述被测件进行二维倾斜调整，在所述动态干涉仪上观察到清晰的条纹，并进行测量前校准，待结果符合稳定性要求之后进入下一步；

3）参数调整及确定：根据校准测量结果在所述主控计算机上选择符合要求的测量参数，以及拼接前数据预处理方式；

4）所述主控计算机发出指令，进入测量模式：所述主控计算机控制所述被测件移动调整平台根据测量路径运动，每当运动至一个子孔径时，触发所述测量计算机和所述动态干涉仪采集该子孔径面形数据，并记录数据，经过设置的时间间隔后，被测件自动移至下一个子孔径，测量过程中无需调整被测件，无需人工干预测量，测量方案中每个子孔径都采集到测量数据之后，反馈至所述主控计算机结束测量；

5）所述主控计算机发出指令，进入拼接模式：所述主控计算机远程读取所述测量计算机上采集的数据，根据已选择的预处理方式对采集数据进行预处理，根据测量参数及路径对子孔径数据进行拼接，获得被测面表面面形。

本发明与现有技术相比较，具有如下突出实质性特点和显著优点：

本发明采用动态干涉测量，降低了对测量环境的要求；采用干涉拼接技术，扩大了测量范围；采用高精度移动调整平台，精简了被测元件的调整次数，避免了过多调整误差的引入和传递。

附图说明

图1是本发明大口径光学元件动态干涉拼接测量装置示意图。

图2是本发明被测件移动调整平台示意图。

图3是本发明大口径光学元件动态干涉拼接测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

参见图1，一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置，包含数控机箱101、主控计算机102、被测件移动调整平台103、动态干涉仪105、干涉仪升降台106、测量计算机107，被测元件104放置于所述被测件移动调整平台103上，动态干涉仪105安装在所述干涉仪升降台106上；所述干涉仪升降台106和所述被测件移动调整平台103通过电缆与所述数控机箱101连接，所述主控计算机102与所述数控机箱101通过信号线连接，所述主控计算机102与所述测量计算机107通过网线连接，所述测量计算机107与动态干涉仪105通过信号线连接。所述主控计算机102安装有拼接测量主控软件，所述测量计算机107安装有动态干涉仪测量软件。

本实施例中动态干涉仪选用ZYGO DynaFiz动态干涉仪。所述主控计算机102上安装的主控软件集控制、测量、拼接计算与一体，可以控制所述被测件移动调整平台103的二维移动，远程控制所述测量计算机108进行动态干涉仪的数据采集工作，读取测量计算机107上采集的数据并进行拼接计算。

如图2，所述被测件移动调整平台103以大理石为基底制造，包括平台二维调整机构201、底座202、二维移动机构203组成；其中，所述二维移动机构203包括X轴导轨208、Y轴导轨205、支撑架204、L型支撑台206，所述X轴导轨208安装在底座202上，所述支撑架204垂直安装在所述X轴导轨208上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现水平方向移动，所述Y轴导轨205安装在所述支撑架204上，所述L型支撑台206安装在所述Y轴导轨205上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现竖直方向移动，所述被测件104放置于所述L型支撑台206上，并由三个滑块207从侧方固定。

如图3，大口径光学元件动态干涉拼接测量方法，采用上述测量装置，具体实施步骤为：

1）初始化参数设定：将被测件104的尺寸200*300输入主控计算机102的测量主控软件中，软件给出测量方案，包括需要测量的子孔径数目15个，每个子孔径的坐标位置，S型测量路径等信息；选择被测件移动调整平台103运动速度5mm/s，确定测量两个子孔径的时间间隔1分钟；

2）主控计算机102发出指令，进入测量前校准模式：调整干涉仪升降台106高度，使被测件104在二维移动范围内能够全部被动态干涉仪105有效测量区域覆盖；主控计算机102将被测件移动调整平台103移动至中间位置，使动态干涉仪105出射波面照射至被测件中心位置，利用被测件移动调整平台103对被测件104进行二维倾斜调整，使动态干涉仪105上观察到清晰的条纹，并进行测量前校准，待结果符合稳定性要求之后进入下一步；

3）参数调整及确定：根据校准测量结果在主控计算机102上选择符合要求的测量参数，以及拼接前数据预处理方式；

4）主控计算机102发出指令，进入测量模式：主控计算机102控制被测件移动调整平台103根据测量路径运动，每当运动至一个子孔径时，触发测量计算机107和动态干涉仪105采集该子孔径面形数据，并记录数据，经过设置的时间间隔后，被测件104自动移至下一个子孔径，测量过程中无需调整被测件，无需人工干预测量，测量方案中每个子孔径都采集到测量数据之后，反馈至主控计算机102结束测量；

5）主控计算机102发出指令，进入拼接模式：主控计算机102远程读取测量计算机107上采集的数据，根据已选择的预处理方式对采集数据进行预处理，根据测量参数及路径对子孔径数据进行拼接，获得被测面表面面形。 

Claims (3)

1.一种大口径光学元件动态干涉拼接测量装置，其特征在于，包含数控机箱（101）、主控计算机（102）、被测件移动调整平台（103）、动态干涉仪（105）、干涉仪升降台（106）、测量计算机（107），被测元件（104）放置于所述被测件移动调整平台（103）上，动态干涉仪（105）安装在所述干涉仪升降台（106）上；所述干涉仪升降台（106）和所述被测件移动调整平台（103）通过电缆与所述数控机箱（101）连接，所述主控计算机（102）与所述数控机箱（101）通过信号线连接，所述主控计算机（102）与所述测量计算机（107）通过网线连接，所述测量计算机（108）与动态干涉仪（105）通过信号线连接。

2.根据权利要求1所述的大口径光学元件动态干涉拼接测量装置，其特征在于，所述被测件移动调整平台（103）以大理石为基底制造，包括平台二维调整机构（201）、底座（202）、二维移动机构（203）组成；其中，所述二维移动机构（203）包括X轴导轨（208）、Y轴导轨（205）、支撑架（204）、L型支撑台（206），所述X轴导轨（208）安装在底座（202）上，所述支撑架（204）垂直安装在所述X轴导轨（208）上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现水平方向移动，所述Y轴导轨（205）安装在所述支撑架（204）上，所述L型支撑台（206）安装在所述Y轴导轨（205）上，采用伺服电机驱动精密滚珠丝杠实现竖直方向移动，所述被测件（104）放置于所述L型支撑台（206）上，并由三个滑块（207）从侧方固定。

3.一种大口径光学元件动态干涉拼接测量方法，采用上述测量装置进行测量，其特征在于，具体实施步骤为：

1）初始化参数设定：将被测件（104）尺寸输入所述主控计算机（102），给出测量方案，包括需要测量的子孔径数目、位置和测量路径信息；选择被测件移动调整平台（103）的运动速度，确定测量两个子孔径的时间间隔；

2）所述主控计算机（102）发出指令，进入测量前校准模式：调整所述干涉仪升降台（106）高度，使被测件（104）在二维移动范围内能够全部被动态干涉仪（105）有效测量区域覆盖；所述主控计算机（102）将所述被测件移动调整平台（103）移动至中间位置，使所述动态干涉仪（105）出射波面照射至被测件（104）中心位置，利用所述被测件移动调整平台（103）对所述被测件（104）进行二维倾斜调整，在所述动态干涉仪（105）上观察到清晰的条纹，并进行测量前校准，待结果符合稳定性要求之后进入下一步；

3）参数调整及确定：根据校准测量结果在所述主控计算机（102）上选择符合要求的测量参数，以及拼接前数据预处理方式；

4）所述主控计算机（102）发出指令，进入测量模式：所述主控计算机（102）控制所述被测件移动调整平台（103）根据测量路径运动，每当运动至一个子孔径时，触发所述测量计算机（107）和所述动态干涉仪（105）采集该子孔径面形数据，并记录数据，经过设置的时间间隔后，被测件（104）自动移至下一个子孔径，测量过程中无需调整被测件（104），无需人工干预测量，测量方案中每个子孔径都采集到测量数据之后，反馈至所述主控计算机（102）结束测量；

5）所述主控计算机（102）发出指令，进入拼接模式：所述主控计算机（102）远程读取所述测量计算机（107）上采集的数据，根据已选择的预处理方式对采集数据进行预处理，根据测量参数及路径对子孔径数据进行拼接，获得被测面表面面形。