[实用新型]一种用于非球面光学元件中频波纹误差的在位检测装置

说明书

本实用新型公开了一种用于非球面光学元件中频波纹误差的在位检测装置，该装置搭载在磨削机床上，将待测光学元件放置磨削机床的工作台上，通过调节倾角调节装置使平面标准镜沿待测轮廓的倾斜角度等于待测轮廓的弦倾角，位移传感器一从待测轮廓的起始点运动至终止点，同时位移传感器二从平面标准镜的起始端运动至终端，将两位移传感器采集的数据输送至数据处理系统，通过数据处理系统计算得到待测轮廓的全频段误差，去除待测轮廓的非球面理论形貌、低频形状误差和高频粗糙度误差，得到中频波纹误差。该检测装置实现了在原有加工成形磨削机床上的在位检测，无需购置专用高精密测量仪器，也无需拆装元件，节约检测成本和检测时间。

技术领域

本实用新型涉及光学检测的技术领域，更具体的说是涉及一种用于非球面光学元件中频波纹误差的检测装置及方法。

背景技术

目前，基于X/Y/Z三正交直线轴和卧式主轴的成形磨削机床，进行大口径异形非球面光学元件的成形磨削加工，具有材料去除速率快、成形精度高、便于实现自动化加工等优点。

但是，利用上述磨削机床对大口径异形非球面光学元件进行加工，因其加工原理是基于运动复印原理，利用圆弧金刚石砂轮，在元件表面按照非球面理论轨迹进行包络式磨削加工，圆弧砂轮的轮廓会复印至元件表面，形成小尺度波纹，即中频波纹误差，一般将中频波纹误差的空间周期控制在零点几毫米至几毫米，幅值控制在几微米以内。如果该波纹误差的幅值较大，会增加后续抛光加工表面匀滑难度，极大延长冷加工的工时，所以应尽可能的降低该波纹误差。现代大型光学系统对光学元件提出了严格的全频段误差控制要求，全频段误差包括低频形状误差、中频波纹误差及高频粗糙度误差。在非球面光学元件成形加工阶段，除了需要对元件的低频形状误差和高频粗糙度误差进行控制外，还需要严格控制元件表面的中频小尺度波纹误差。因此，需要对平行磨削过程中产生的小尺度波纹进行精确在位测量，并根据测量结果对表面小尺度波纹误差进行补偿修正加工，以提高非球面光学元件表面质量。

然而，采用商业化的轮廓检测仪器，如Taylor Hobson轮廓仪，虽然检测精度高，但其利用接触式测量原理会在元件表面造成划痕，并且成本高，磨削加工现场环境无法达到该种精密仪器的使用要求。基于光学干涉原理的轮廓仪，难以在磨削加工后的表面形成可靠、稳定的干涉条纹，会形成大量的数据缺失点，检测精度难以保证。中国专利CN105783766 A公开了一种物体轮廓检测系统，在被测物体沿直线运动时，利用激光扫描幕墙对被测表面进行扫描并采集物体的坐标与轮廓数据，该系统仅能快速获得被测物体的外形轮廓大小，并且存在被测物体运动误差的影响，无法精确测量被测表面的小尺度波纹数据。中国专利CN 207936926 U公开了一种目标物体轮廓检测系统，包括承载平台、设置于所述承载平台上的一字线激光器及反射镜、图像采集器和旋转装置，一字线激光器用于发射的线激光照射于被测物体表面，图像采集器获取激光照射于目标物体表面所形成的轮廓图像，通过数据处理获得轮廓图像，同样，该系统也只能获得被测物体的外形轮廓大小。在现有技术中要么测量成本高，不能满足加工现场在位检测的要求，要么只能获得被测工件的外形大小，而不能高精度得到被测表面的中频小尺度波纹数据。

因此，提供一种能够精确检测中频小尺度波纹误差的在位检测装置以提高非球面光学元件表面加工质量是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于非球面光学元件中频波纹误差的在位检测装置，实现了非球面光学元件中频波纹误差的在位检测。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

用于非球面光学元件中频波纹误差的在位检测装置，其搭载于磨削机床上，磨削机床为X/Y/Z三正交直线轴结构，包括：

倾角调节装置，倾角调节装置放置在磨削机床的工作台上，并位于待测非球面光学元件一侧，倾角调节装置的上端面为倾斜面，倾斜面与待测非球面光学元件任一段待测轮廓的最高点至最低点连线平行；