[发明专利]一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法。

背景技术

非球面面形精密检测一直存在技术难点，传统干涉检测受分辨率和口径限制，无法检测大口径深度非球面。上世纪80年代，子孔径拼接干涉检测技术应运而生，通过将被测面或波前分割为不同的子孔径区域分别检测，克服了传统干涉仪的检测限制。其中，环形子孔径拼接干涉检测技术被广泛应用于检测旋转对称非球面。其主要采用透射球面镜产生不同曲率半径的参考球面波，用来匹配被测面不同子孔径区域，使得每个环形子孔径区域返回的波前可以被探测器分辨，再利用相应的拼接算法将每个子孔径的检测数据拼接得到全口径面形信息。该方法的关键在于，相邻的环形子孔径区域存在一定的重叠区，用以拼接时校正每个子孔径的相对调整误差。重叠区越大，则拼接精度越高。然而，该方法只适合中小口径且非球面度较小的非球面。当被测面口径或非球面度较大时，检测所需的子孔径必然很多，各个子孔径宽度相应下降，尤其是边缘区域的子孔径宽度极小，很难产生足够的重叠区域参与调整误差校正，给子孔径拼接带来很大的不确定性，一直是影响子孔径拼接精度的重要因素。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高精度非球面组合干涉检测装置与方法。本发明结合非球面部分零位补偿法与环形子孔径拼接干涉检测法，可有效地减少覆盖全口径所需的子孔径数目，增加各环带子孔径和重叠区宽度，有效地解决了由于重叠区很小而影响拼接精度的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种高精度非球面组合干涉检测装置，包括非球面非零位干涉检测系统、位移测量干涉系统和计算机数据处理模块；

非球面非零位干涉检测系统，包括稳频激光器、准直扩束系统、分光板、参考平面镜、压电陶瓷、成像镜、探测器、部分零位镜、非球面、夹持机构、导轨；稳频激光器出射的细光束经准直扩束系统被扩束为宽光束平行光，宽光束平行光向前传播至分光板处被分为两路；其中一路经分光板反射传播至参考平面镜后原路返回作为参考波；另一路经分光板透射向前传播至部分零位镜后先会聚后发散，发散光经非球面反射后再次经过部分零位镜后，形成检测波；参考波和检测波在分光板处发生干涉，经成像镜成像于探测器处；压电陶瓷设置在参考平面镜的反面，用于移相；非球面固定在夹持机构上，夹持机构安装于导轨上，计算机数据处理模块能够驱动夹持机构沿导轨上下移动，移动距离由位移测量干涉系统控制；

位移测量干涉系统，包括干涉仪主机、半透半反棱镜、线性反射棱镜、测量反射镜；位移测量干涉系统的主光轴与非球面非零位干涉检测系统主光轴平行，测量反射镜与夹持机构固定，即测量反射镜与被测的非球面一起沿各自光轴方向移动，非球面移动距离即测量反射镜的移动距离；干涉仪主机出射的激光经半透半反棱镜后，一部分经半透半反棱镜反射至线性反射棱镜，被反射回半透半反棱镜；另一部分经半透半反棱镜透射至测量反射镜，同样被反射回半透半反棱镜，两束反射光发生干涉；

计算机数据处理模块，包括导轨驱动控制单元、干涉图采集处理单元、回程误差校正单元、子孔径拼接单元；干涉图采集处理单元与探测器相连接，探测器采集到的图像经干涉图采集处理单元处理后，输出至回程误差校正单元，再经过子孔径拼接单元，能得到全口径面形信息。

所述的导轨驱动控制单元通过位移测量干涉系统的干涉条纹计数对导轨的移动进行闭环反馈控制；干涉图采集处理单元的输入为探测器采集到各子孔径干涉图，输出为各子孔径返回波前相位；回程误差校正单元的输入为各子孔径返回波前相位，输出为各个子孔径面形信息；各个子孔径面形信息经子孔径拼接单元后能得到全口径面形信息；

所述的测量反射镜能够沿光轴方向移动，其移动距离直接表现为两束反射光干涉条纹的变化，通过干涉条纹计数能精确测量其移动距离；干涉仪主机直接与导轨驱动控制单元连接，通过导轨驱动控制单元实时显示被测非球面的移动距离。

一种高精度非球面组合干涉检测方法，具体包括如下步骤：

步骤1.选择部分零位镜，搭建高精度非球面组合干涉检测装置；

步骤2.系统建模，并划分子孔径；

步骤3.检测装置中非球面的定位；

步骤4.子孔径干涉图采集处理；

步骤5.子孔径回程误差校正；

步骤6.全口径面形拼接。

所述的步骤2具体如下：

2-1.根据检测装置中非球面非零位干涉检测系统的具体器件的参数，在光线追迹软件中对非球面非零位干涉检测系统进行建模；

2-2.系统建模完成后，在系统模型中进行环带子孔径划分