[发明专利]非接触式复杂光学面形高精度三维测量方法及测量装置

摘要

非接触式复杂光学面形高精度三维测量方法及测量装置，涉及光学面形检测技术领域，解决现有对光学元件面形的测量方法存在测量成本高、精度低且无法对光学元件面形实现三维测量等问题，基于非接触的三维坐标位置扫描获取光学表面高度信息的二维分布，测得其面形或轮廓信息。通过三维平移台在x‑y方向的平移对光学表面进行逐点扫描，测量每点上光学表面轮廓高度h的变化；扫描过程中，随着光学表面高度的变化，在Z方向移动三维平移台，使光谱共焦传感器始终定焦于待测光学元件表面，微型三光束干涉仪对准标准平面反射镜，实时测量两者距离的变化，获得该光学表面的面形信息；本发明具有低成本、容易操作等优点。

主权项

非接触式复杂光学面形高精度三维测量方法，其特征是，三维测量装置包括测量平台(1)、光谱共焦传感器(3)、三维平移台(2)、微型三光束干涉仪(4)和标准平面反射镜(5)；所述光谱共焦传感器(3)和微型三光束干涉仪(4)固定于三维平移台(2)上；所述三维平移台(2)和标准平面反射镜(5)固定在测量平台(1)上；该方法由以下步骤实现：步骤一、使用自准直仪调整光谱共焦传感器(3)、微型三光束干涉仪(4)以及标准平面反射镜(5)指向，使所述光谱共焦传感器(3)、微型三光束干涉仪(4)和标准平面反射镜(5)同轴；步骤二、将待测光学元件安装在测量平台(1)上，确定待测光学元件面形(6)的扫描点数量和扫描间距；对所述待测光学元件面形(6)的扫描点依次进行扫描，测量并记录每个扫描点的三维轮廓信息；对所有扫描点的三维轮廓信息进行多项式拟合，获得待测光学元件面形(6)的三维面形图；具体测量过程为：首先，在X‑Y方向移动三维平移台(2)至待测光学元件面形(6)的起始扫描点，在Z方向移动三维平移台(2)，使光谱共焦传感器(3)定焦于所述起始扫描点，所述光谱共焦传感器(3)与起始扫描点的距离为d，微型三光束干涉仪(4)测量至标准平面反射镜(5)的距离，获得待测光学元件上起始扫描点的三维轮廓信息；然后，在X‑Y方向上将三维平移台(2)移至待测光学元件面形(6)的下一个扫描点，在Z方向移动三维平移台(2)，使光谱共焦传感器(3)定焦于对应的扫描点，保持光谱共焦传感器(3)与该对应扫描点的距离为d；微型三光束干涉仪(4)实时测量所述微型三光束干涉仪(4)至标准平面反射镜(5)的距离，获得该扫描点的三维轮廓信息，直到完成所有扫描点三维轮廓信息的测量；最后，对所有扫描点的三维轮廓信息进行多项式拟合，获得待测光学元件面形的三维面形图。