[发明专利]一种大口径非球面元件轮廓高精度检测方法及装置

摘要

本发明属于光学精密测试技术领域，涉及一种大口径非球面精密检测装置与方法，可用于精密光学系统中大型非球面元件轮廓的高精度检测。本发明基于直线/回转基准技术等，采用回转—直线基准共基面的开放式轮廓仪结构，实现了基于精密气浮回转中心的大口径非球面元件轮廓的高精度检测。本发明采用回转—直线基准系统共基面设计以及测量架的折转设计以及开放式的非龙门结构设计，减小了仪器阿贝误差，最大限度的发挥了精密直线气浮导轨的运动精度，利用与精密直线气浮导轨同步运动的传感测量系统对被测非球面的一条母线轮廓参数直接进行测量；利用精密气浮回转技术，实现被测非球面多条母线轮廓的测量，通过拟合实现了大口径非球面轮廓的高精度快速检测。

主权项

1.大口径非球面轮廓高精度检测方法，其特征在于：实现该方法的装置采用回转—直线基准共基面的开放式轮廓仪结构，包括基座(1)、精密直线气浮导轨(2)、精密气浮回转工作台(3)、导轨直线运动误差激光监测系统(4)、气浮工作台调整系统(11)、传感测量系统(5)和测量控制系统(7)；其中，精密直线气浮导轨(2)、精密气浮回转工作台(3)、导轨直线运动误差激光监测系统(4)固定在基座(1)上，精密直线气浮导轨(2)位于精密气浮回转工作台(3)一侧的下方；导轨直线运动误差激光监测系统(4)与精密直线气浮导轨(2)平行放置，其直线运动误差探测模块(6)与传感测量系统(5)固结在一起；传感测量系统(5)固定在和精密直线气浮导轨(2)的轴套(8)相连的横向测量臂(9)上，并可随轴套(8)沿精密直线气浮导轨(2)的轴向方向作一维直线扫描运动，运动过程中传感测量系统(5)的轴向方向与精密直线气浮导轨(2)的运动方向垂直；传感测量系统(5)包括非接触式传感测量系统或者接触式传感测量系统；大口径非球面轮廓高精度检测方法是：利用精密气浮回转工作台(3)调整的被测非球面(10)的位姿，利用精密直线气浮导轨(2)带动传感测量系统(5)沿被测非球面(10)中心的母线方向(15)进行扫描测量，同时利用导轨直线运动误差激光监测系统(4)分离、补偿精密直线气浮导轨(2)的直线运动误差，实现纳米级的直线扫描运动，得到被测母线的轮廓；然后，计算机(12)利用测量控制系统(7)控制精密气浮回转工作台(3)转动不同的角度，通过传感测量系统(5)得到被测非球面(10)的多条母线的轮廓值；最后，由多条母线轮廓拟合出被测非球面(10)的整体面形轮廓，实现被测非球面(10)轮廓的高精度检测；实现被测非球面(10)轮廓的高精度测试的特征包括以下步骤：步骤一：驱动精密气浮回转工作台(3)进行回转运动，利用传感测量系统(5)对精密气浮回转工作台(3)的工作表面轮廓进行测量，得到精密气浮回转工作台(3)的位姿参数，依据该位姿参数驱动气浮工作台调整系统(11)使精密气浮回转工作台(3)的工作台面无倾斜；步骤二：将被测非球面(10)置于精密气浮回转工作台(3)上，计算机(12)通过测量控制系统(7)驱动精密气浮回转工作台(3)进行回转运动，由固定在和精密直线气浮导轨(2)的轴套(8)相连的垂直测量臂(13)上的径向传感系统(14)对被测非球面(10)的径向轮廓进行检测，依据测量结果调整被测非球面(10)位置使其与精密气浮回转工作台(3)同轴放置；步骤三：精密直线气浮导轨(2)沿被测非球面(10)的母线方向(15)作一维扫描运动，同时带动传感测量系统(5)沿被测非球面(10)母线方向(15)进行一维轮廓扫描测量，测得被测非球面(10)在此母线方向(15)上的轮廓信息；精密直线气浮导轨(2)在一维直线扫描运动过程中，其直线运动误差由导轨直线运动误差激光监测系统(4)监测、补偿；步骤四：计算机(12)依据规划的扫描路径控制精密气浮回转工作台(3)旋转一个角度，重复步骤三，再次测量得到被测非球面(10)一条母线的轮廓信息；步骤五：重复测量步骤三和步骤四，直至完成被测非球面(10)的整体轮廓扫描，由多条母线轮廓拟合出被测非球面(10)的整体面形轮廓，实现被测非球面(10)的高精度轮廓测量。