[发明专利]基于白光共焦原理的自由曲面光学元件面形误差在机检测装置及其检测方法

权利要求书

1.基于白光共焦原理的自由曲面光学元件面形误差在机检测方法，该检测方法的具体过程为：

S1、调整X轴移动台(1)和Y轴移动台(2)，使白光共焦测头(6)正对待测自由曲面光学元件(8)的左上角边缘的点，通过Z轴移动台(3)调整白光共焦测头(6)与待测自由曲面光学元件(8)的间距，使白光共焦测头(6)的输出的检测数据为0；

S2、根据自由曲面描述方程，生成X坐标和Y坐标等间距的三维坐标点序列，将生成的三维坐标点序列插入数控程序代码中，通过X轴移动台(1)、Y轴移动台(2)和Z轴移动台(3)的联动，白光共焦测头(6)沿栅格式扫描路径扫描待测自由曲面光学元件(8)，此时白光共焦测头(6)输出的检测数据即为待测自由曲面光学元件(8)在表面不同位置的面形误差值；

S3、在扫描检测过程中，将X轴移动台(1)、Y轴移动台(2)和Z轴移动台(3)的位置坐标以及白光共焦测头(6)的检测数据实时同步保存在机床工控机(10)的电子表格文件中；

S4、在机床工控机(10)上对保存的电子表格文件中的数据进行奇异值处理，计算待测自由曲面光学元件(8)面形误差PV值，生成自由曲面光学元件面形误差分布点云图；

其特征在于，S2所述自由曲面描述方程为：

z＝f(x,y)；

S2所述生成X坐标和Y坐标等间距的三维坐标点序列，依次为：

P₁₁、…、P_1n、P_2n、…、P₂₁、P₃₁、…、P_3n、…、P_ij、…、P_mn；

其中：P_ij表示待测自由曲面光学元件(8)表面的位于第i列、第j行的测量点，P_mn表示待测自由曲面光学元件(8)表面的位于第m列、第n行的测量点，m为测量点的总列数，n为测量点的总行数；

P_ij的坐标为(X_pij,Y_pij,Z_pij)：

其中，ΔL表示点间距，L_x表示待测自由曲面光学元件(8)沿X轴的最大长度，L_y表示待测自由曲面光学元件(8)沿Y轴的最大长度；

ΔL满足：

0≤x≤L_x，0≤y≤L_y。

2.根据权利要求1所述的基于白光共焦原理的自由曲面光学元件面形误差在机检测方法，其特征在于，S2所述白光共焦测头(6)沿栅格式扫描路径扫描待测自由曲面光学元件(8)的实现方法为：

S2-1、Y轴移动台(2)和Z轴移动台(3)按照输入的三维坐标点序列以速度v进行插补运动；

S2-2、判断Y轴移动台(2)的坐标是否为0或L_y，如果否，则返回执行S2-1，如果是，则执行S2-3；

S2-3、X轴移动台(1)偏移ΔL；然后，返回执行S2-1；

所述速度v＝ΔL*F，F为白光共焦测头(6)的数据采样频率。

3.根据权利要求2所述的基于白光共焦原理的自由曲面光学元件面形误差在机检测方法，其特征在于，S3所述将X轴移动台(1)、Y轴移动台(2)和Z轴移动台(3)的位置坐标以及白光共焦测头(6)的检测数据实时同步保存在机床工控机(10)的电子表格文件中，电子表格文件为四列，第一列存储X轴移动台(1)的位置坐标，第二列存储Y轴移动台(2)的位置坐标，第三列存储Z轴移动台(3)的位置坐标，第四列存储白光共焦测头(6)的检测数据，且同一时刻的X轴移动台(1)、Y轴移动台(2)和Z轴移动台(3)的位置坐标以及白光共焦测头(6)的检测数据存储在电子表格文件的同一行中，同一行的数据为(X_T,Y_T,Z_T,E_T)；

其中T＝t*F+1，t表示时刻，