[发明专利]微小光学零件表面轮廓的白光干涉拼接测量装置及方法

权利要求书

1.一种微小光学零件表面轮廓的白光干涉拼接测量装置的应用方法，其特征在于，所述微小光学零件表面轮廓的白光干涉拼接测量装置包括隔振平台（1），所述隔振平台（1）分别设有Z向平移调整机构（11）和四轴调整台（2），所述Z向平移调整机构（11）上设有白光干涉仪（12），所述白光干涉仪（12）出光口设有干涉显微物镜（121），所述四轴调整台（2）上安装有绕Y向旋转的俯仰转台（3），所述俯仰转台（3）上安装有绕Z向旋转的回转转台（4），所述回转转台（4）上安装有对心机构（5），所述对心机构（5）上设有用于安装被测光学零件（7）的弹性夹具（6），所述俯仰转台（3）与回转转台（4）的轴线交汇于被测光学零件（7）的曲率半径中心，所述应用方法包括：

S1、被测光学零件对心：将被测光学零件（7）安装于弹性夹具（6）中，调整对心机构（5），使得被测光学零件（7）的光轴与回转转台（4）的转动轴线同轴；

S2、中心子孔径测量：调整Z向平移调整机构（11）、四轴调整台（2）、俯仰转台（3）、回转转台（4），使得被测光学零件（7）表面上的中心局部轮廓移动至干涉显微物镜（121）正下方且处于正确的对焦位置并出现清晰的白光干涉条纹，获取局部轮廓的X、Y、Z向三维坐标并将测量数据存盘；

S3、离轴子孔径测量：若被测光学零件（7）的表面为非平面基底，调整俯仰转台（3）使被测光学零件（7）倾斜指定角度，通过四轴调整台（2）调整X向平移使被测光学零件（7）的指定离轴位置移动至干涉显微物镜（121）正下方且处于正确的对焦位置并出现清晰的白光干涉条纹，获取局部轮廓的X、Y、Z向三维坐标并将测量数据存盘；若被测光学零件（7）的表面为平面基底，则不需调整俯仰转台（3）；

S4、周向子孔径测量：按指定角度间隔调整回转转台（4），使被测光学零件（7）上同一离轴位置不同方位角度的局部轮廓位于干涉显微物镜（121）正下方且处于正确的对焦位置并出现清晰的白光干涉条纹，获取局部轮廓的X、Y、Z向三维坐标并将测量数据存盘；

S5、判断所有子孔径是否已经测量完毕，若尚未测量完毕则跳转执行步骤S3，否则若所有子孔径已经测量完毕，则执行子孔径拼接获得全孔径测量结果。

2.根据权利要求1所述的微小光学零件表面轮廓的白光干涉拼接测量装置的应用方法，其特征在于，步骤S5中执行子孔径拼接获得全孔径测量结果时，针对表面为非平面基底的被测光学零件（7）的子孔径拼接步骤包括：

S5.1：确定名义变换参数：以子孔径中心为顶点、子孔径中心处法向为Z向建立子孔径测量时的局部坐标系，以被测光学零件（7）的中心为顶点、中心处法向为Z向建立全部坐标系，按照指定的位置和姿态确定子孔径的局部坐标系相对全局坐标系的名义变换参数，所述名义变换参数为6个变量的刚体变换参数，包括沿X、Y、Z向平移量和绕X、Y、Z向旋转的姿态角；

S5.2：确定重叠点对：将所有子孔径测量数据利用刚体变换变换到全局坐标系中，在全局坐标系中计算所有测量点至被测光学零件名义表面的法向投影点，根据投影点的X、Y坐标确定重叠区域，当子孔径j的投影点落在子孔径i的投影点的X、Y坐标确定的凸包之内，则认为子孔径j中对应的测量点是重叠点，在子孔径i中插值得到相应的测量点，构成重叠点对；

S5.3：优化变换参数：计算所有重叠点对到名义表面的法向距离之差的平方和并除以重叠点对的数目，作为优化目标函数；将每个子孔径的6个刚体变换参数设为变量进行优化，使得目标函数值最小，得到优化后的刚体变换参数；

S5.4：迭代优化：跳转执行步骤S5.2直至目标函数值小于预设的目标值或相邻两次迭代得到的目标函数值变化小于预设值，利用优化得到的刚体变换参数将所有测量数据变换到全局坐标系中，得到被测光学零件全表面的轮廓误差信息。