[发明专利]一种球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置和方法

权利要求书

1.一种球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置，其特征在于，包括：样板(1)、待测件(2)、球面LED光源(3)、干涉条纹采集单元(4)、球面面形误差和曲率半径误差检测单元(5)和控制单元(6)；其中，

所述待测件(2)和所述球面LED光源(3)分别布置在所述样板(1)的两侧；所述待测件(2)的被测球面(2a)贴合到所述样板(1)的基准球面(1a)，在照明光源照射作用下所述待测件(2)的被测球面(2a)与所述样板(1)的基准球面(1a)之间的空气间隙能够产生等厚干涉条纹图像；

所述球面LED光源(3)具有正面(3a)和背面(3b)，所述正面(3a)为照射面且相对所述样板(1)设置；所述球面LED光源(3)用于提供多种波长的均匀照明光，并以其中至少两种被选定的波长的照明光源逐次照射所述样板(1)和待测件(2)；

所述干涉条纹采集单元(4)包括相机(41)和小孔光阑(42)，所述小孔光阑(42)置于所述相机(41)的镜头外的正前方，且贴合到所述球面LED光源(3)的背面(3b)；所述干涉条纹采集单元(4)用于采集和输出所述等厚干涉条纹图像；

所述球面面形误差和曲率半径误差检测单元(5)用于根据被选定的照明光源的波长及经该波长照明光源照明后产生的所述等厚干涉条纹图像，获得不同波长照明下所述等厚干涉条纹图像上同一点的强度变化，得到该点的绝对光程差，并以此类推确定所述待测件(2)的被测球面(2a)的上所有点的绝对光程差，进而得到所述待测件(2)的被测球面(2a)的面形误差和曲率半径误差；

所述球面面形误差和曲率半径误差检测单元(5)具体包括输入模块(51)、存储模块(52)、比对分析模块(53)和计算模块(54)，其中，所述输入模块(51)用于接收选定的照明光源的波长数据及经该波长照明光源照明后产生的所述等厚干涉条纹图像、和预先设定的光程差范围；所述计算模块(54)用于接收所述输入模块(51)的照明光源的波长和预先设定光程差，并根据其内预先设置的等厚干涉的干涉条纹强度公式，计算设定光程差下的参考矩阵中的干涉条纹强度，等厚干涉的干涉条纹强度公式为：

其中，ΔH为光程差，λ为照明光源的波长，I为干涉条纹强度；

所述存储模块(52)用于将对应各照明光源的波长λ的所有所述预先设定的光程差范围内所有光程差下的干涉条纹强度I以矩阵形式存储为参考矩阵；所述比对分析模块(53)用于将实际测得的所述等厚干涉条纹图像上各点的强度与参考矩阵中的所有干涉条纹强度进行比对，以干涉条纹强度向量内各元素与参考矩阵中最为接近的一干涉条纹强度向量对应的光程差为该点的绝对光程差，并以此类推确定所述待测件(2)的被测球面(2a)的上所有点的绝对光程差，进而得到所述待测件(2)的被测球面(2a)的面形误差和曲率半径误差；

所述控制单元(6)用于为所述球面LED光源(3)和相机(41)提供准确的时序控制信号，用于匹配所述球面LED光源(3)照明和所述相机(41)曝光。

2.如权利要求1所述的球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置，其特征在于，所述球面LED光源(3)为多波长球面导光LED光源，其包括积分腔体(31)和半球形导光板(33)，其中，

所述积分腔体(31)具有照明光输出口(31a)，与所述照明光输出口(31a)相对的内表面设有用于提供多种波长的均匀照明光的LED阵列(32)，所述LED阵列(32)包括LED子列，同一所述LED子列中的每一个LED的波长相同，每一所述LED子列的电流分别由对应的触发开关(34)控制，所述触发开关(34)受控于所述控制单元(6)；

所述半球形导光板(33)具有多个照明光输入口(33a)，各所述照明光输入口(33a)围绕所述半球形导光板(33)的外缘一周均匀隔开布置，每一所述照明光输入口(33a)连接一所述积分腔体(31)的照明光输出口(31a)；

所述LED阵列(32)发出的光线经所述积分腔体(31)反射和/或漫反射后经由所述照明光输出口(31a)进入到所述半球形导光板(33)，再通过所述半球形导光板(33)均匀出射。