[发明专利]凸双曲面Hindle检测中的高精度几何量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及非球面检测技术领域，具体涉及一种凸双曲面Hindle检测中的高精度几何量测量方法。

背景技术

在光学非球面的制造中，顶点曲率半径R、二次常数K等几何参数是表述非球面的重要参数，只有几何参数控制在其设计的公差范围内，才能够满足非球面的制造要求并应用到高质量的成像系统中。不同的非球面面形测量结构，需要采用不同的测量方法来完成。

在凸双曲面检测中，Hindle检测是经常采用的一种面形检测方法。Hindle检测属于无像差点检测方法的一种，根据双曲面的特点，位于双曲面外焦点的点光源发出的球面波经过理想双曲面反射，出射的发散光束为理想球面波，其汇聚中心位于双曲面的内焦点；设计一个球面反射镜(Hindle球)，使其球心位于双曲面的内焦点，则上述的发散光束经过Hindle球反射后沿原路返回，最后汇聚至初始的点光源。采用干涉仪配备合适的球面标准镜即可实现凸双曲面的干涉检测。

目前，对于小口径、小曲率半径的凸双曲面，Hindle检测中的几何量测量通常采用钢尺或固定长度的间隔杆等工具进行测量。这种测量方法采用人为估读的方式，并且钢尺等工具测量的精度较低；由于不能直接测量外焦点，导致测量重复性差；Hindle球存在中心孔，其与凸双曲面之间的距离测量难以操作，存在系统误差；测量中Hindle球的顶点曲率半径会耦合到测量的误差当中，影响到测量的结果。这种方法的测量精度约为0.5mm，只能在几何量公差较大时能够满足测量精度要求，并且不适合应用在大口径、长曲率半径的凸双曲面的测量。

发明内容

为了解决现有凸双曲面几何量测量方法存在的测量精度(约为0.5mm)低、测量重复性差、测量结果不准确的问题，本发明提供一种适合大口径、长曲率半径凸双曲面Hindle检测中的高精度几何量测量方法，主要测量凸双曲面的顶点曲率半径R和二次常数K。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的凸双曲面Hindle检测中的高精度几何量测量方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、调整第一干涉仪、Hindle球反射镜和凸双曲面的相对位置和角度，使第一干涉仪对凸双曲面进行干涉检测，继续调整第一干涉仪和凸双曲面使面形误差的均方根值最小；

步骤二、将激光跟踪仪的靶标球放置在凸双曲面的外焦点处，调整靶标球使第一干涉仪对靶标球表面进行干涉检测，并将检测结果中的倾斜和离焦调整至最小，同时采用激光跟踪仪测量此时靶标球的空间坐标；

步骤三、采用激光跟踪仪测量凸双曲面的表面特征；

步骤四、移开凸双曲面，调整第二干涉仪对Hindle球反射镜进行干涉检测，并将检测结果中的倾斜和离焦调整至最小；

步骤五、将激光跟踪仪的靶标球放置在凸双曲面的内焦点处，调整靶标球使第二干涉仪对靶标球表面进行干涉检测，并将检测结果中的倾斜和离焦调整至最小，同时采用激光跟踪仪测量此时靶标球的空间坐标；

步骤六、根据步骤二、三、五中的测量结果，利用激光跟踪仪中的软件构建检测光轴直线和间隔，计算出顶点曲率半径R和二次常数K。

步骤一中，所述调整第一干涉仪、Hindle球反射镜和凸双曲面的相对位置和角度，指的是调整第一干涉仪使其发出的检测光经过Hindle球反射镜的中心孔后覆盖凸双曲面的整个孔径，调整Hindle球反射镜使得检测光返回至第一干涉仪的视场内并形成干涉条纹，实现对凸双曲面面形的干涉检测。

工作原理：干涉仪对靶标球实现对准检测并将倾斜和离焦调整至接近零后(受检测环境影响不能恰好为零)，干涉仪出射光的汇聚中心就是靶标球的球心，而激光跟踪仪进行测量时的空间坐标就是靶标球的球心坐标，因此激光跟踪仪测量得到的就是干涉仪出射光的汇聚中心。根据凸双曲面的Hindle检测原理，上述的两台干涉仪出射光汇聚中心分别是凸双曲面的外焦点和内焦点，连接两个焦点的直线就是检测光路中的光轴；构建光轴与镜面的交点即为凸双曲面的顶点，并计算内外焦点到镜面顶点距离，根据凸双曲面的定义就能够计算出顶点曲率半径R和二次常数K。

本发明的有益效果是：本发明利用激光跟踪仪实现了凸双曲面Hindle检测中的高精度几何量测量，解决了现有测量方法误差复杂、测量精度低的问题，测量结果中不包含Hindle球的顶点曲率半径误差，适合在大口径、长曲率半径的凸双曲面的测量中应用，具有原理清晰、易操作的优点，为凸双曲面反射镜的制造提供了保障，本发明的测量方法测量精度约为0.05mm，精度高。

附图说明