[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

说明书

本发明公开了一种球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置和方法，该装置包括：样板、待测件、球面LED光源、干涉条纹采集单元、球面面形误差和曲率半径误差检测单元和控制单元；球面LED光源的正面为照射面且相对样板设置，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分时逐次照射样板和待测件；干涉条纹采集单元用于采集和输出等厚干涉条纹图像；球面面形误差和曲率半径误差检测单元用于获得不同波长照明下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，并以此类推确定待测件的被测面的上所有点的绝对光程差，进而得到待测件的被测面的面形误差和曲率半径误差。本发明能够实现客观、自动化、高精度、低成本的球面面形误差和曲率半径误差的检测。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，特别是涉及一种基于样板干涉法的球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置和方法。

背景技术

目前，在光学加工中常见的球面光学零件面形检测手段包括样板法、激光干涉仪法。样板法是一种可在线测量的面形手段，其检测成本较低，在光学车间大量使用。但该方法为主观性太大，是一种半定量的检测手段，且效率较低。激光干涉仪法包括斐索干涉仪、泰曼格林干涉仪等检测形式。激光干涉仪法是一种高精度离线测量手段，需要将光学元件放在检测台面上进行检测，适合光学元件出厂时终检使用，且使用激光干涉仪无法同时测量球面面形误差和曲率半径误差和面形参数。由于干涉仪成本昂贵，很多民营光学加工厂无力购置，因此希望寻求一种高精度、低成本、便捷的球面光学零件球面面形误差和曲率半径误差检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于样板干涉法的球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置和方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供为实现上述目的，本发明提供一种球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置，所述球面面形误差和曲率半径误差在线检测装置包括：样板、待测件、球面LED光源、干涉条纹采集单元、球面面形误差和曲率半径误差检测单元和控制单元；其中，所述待测件和所述球面LED光源分别布置在所述样板的两侧；所述待测件的被测球面贴合到所述样板的基准球面，在照明光源照射作用下所述待测件的被测球面与所述样板的基准球面之间的空气间隙能够产生等厚干涉条纹图像；所述球面LED光源具有正面和背面，所述正面为照射面且相对所述样板设置；所述球面LED光源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和待测件；所述干涉条纹采集单元包括相机和小孔光阑，所述小孔光阑置于所述相机的镜头外的正前方，且贴合到所述球面LED光源的背面；所述干涉条纹采集单元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的被测球面的上所有点的绝对光程差，进而得到所述待测件的被测球面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具体包括输入模块、存储模块、比对分析模块和计算模块，其中，所述输入模块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；所述计算模块用于接收所述输入模块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所述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；