[发明专利]非球面检测中采用自准平面镜测量光轴的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非球面检测中的光轴测量方法，尤其是长曲率半径非球面检测中的光轴测量方法，属于光学检测技术领域。

背景技术

非球面检测光路中光轴是被检测元件定位的基准，通过对光轴的测量，才能进一步测量或计算出非球面的偏心量、顶点曲率半径等几何量。光轴的测量是检测光路中定位的最关键的环节，它的测量精度决定着非球面偏心量、顶点曲率半径等几何量的测量精度。现有技术中非球面检测中测量光轴的方法可以分为两种。一种是采用激光跟踪仪测量机械结构基准（例如补偿器的机械工装侧面基准）并建立模型，根据机械基准与光轴之间存在的平行、垂直等空间相对关系进行基准传递和计算而得到光轴；第二种是通过测量补偿器光学表面球面的球心，根据光轴的定义，测量两个球心点而得到光轴。机械基准的方法简单、有效，但是机械结构基准的精度受到加工工艺和激光跟踪仪测量的限制，一般只能够达到0.02mm的精度，在长曲率半径的非球面测量中这个误差将增大至几个毫米（如在10m量级的检测光路中光轴的测量精度约为2mm），重复性测量精度低。球心测量定光轴的方法一般采用装调定位仪自准定位补偿器中透镜外表面的球心，再采用激光跟踪仪测量球心的位置并在模型中构建直线而得到光轴，当透镜外表面为凸面或者曲率半径小时，光轴上的两点距离较小，测量精度降低。上述的两种方法都不能满足长顶点曲率半径的非球面的光轴测量要求。

发明内容

本发明为解决非球面检测中光轴方向测量精度低的问题，提出一种根据平面镜自准检测测量光轴的方法。

采用平面镜自准测量光轴的方法由以下步骤实现：

步骤一、干涉仪与平面反射镜对准放置，调整平面反射镜的角度，使其将干涉仪发出的平行光反射，反射后的光在干涉仪中形成的条纹无倾斜，即实现平面反射镜自准；

步骤二、采用激光跟踪仪分别进行测量点及其镜像点的测量，获取两点空间坐标数据；去除平面反射镜；

步骤三、将补偿器装至光路中，调整补偿器的角度，使其与干涉仪对准；将调整装调定位仪装至光路中，调整装调定位仪的位置和角度，使其与补偿器的光学表面对准；

步骤四、采用激光跟踪仪测量上述装调定位仪的汇聚中心点，获取该汇聚中心点的空间坐标数据，该汇聚中心点为光轴上的一点；

步骤五、根据步骤二和步骤四获取的测量点、镜像点和光轴上汇聚中心点的空间坐标数据，采用激光跟踪仪的三维空间坐标建模软件，根据测量点与镜像点连接的直线垂直于平面反射镜的原理，在模型中计算出代表光轴的直线；

步骤六、得到光轴后，即可通过测量镜体特征对非球面反射镜进行定位，计算得到反射镜的顶点曲率半径等参数；重复步骤a至e，进行多次测量和精度分析。

本发明的有益效果：平面镜与干涉仪自准后，由于干涉仪发出的平行光方向就是检测光轴方向，因此该自准平面镜的平面就垂直于光轴方向；利用激光跟踪仪测量平面反射镜像点坐标的功能，分别测量空间一点和该点的镜像点坐标；根据镜像的定义，经过这两点的直线垂直于反射镜面，由于镜面与干涉仪出射光自准，则该直线平行于光轴，这样通过关于镜面对称的两点的测量就得到了空间中光轴的方向；利用装调定位仪球面波对准的功能，使其与补偿器中的一个透镜球面对准，再利用激光跟踪仪靶标球的球面与装调定位仪对准，这样靶标球的球心就是光轴上的一点，通过激光跟踪仪测量靶标球的位置就获取了光轴上的一点；在得到光轴方向和光轴上一点后，也就确定了光轴。

本发明利用自准平面镜法测量光轴的方法精度高，解决了长距离检测中的光轴定位精度低的问题，将10m量级的检测光路中光轴定位精度提高至0.1mm，对非球面检测中顶点曲率半径、偏心量等几何量精确测量和控制提供了保障。

附图说明

图1为本发明方法中利用激光跟踪仪和自准平面镜的镜像点测量来确定光轴方向的示意图。

图2为本发明方法中利用装调定位仪和激光跟踪仪测量光轴上一点的测量示意图。

图中：1、干涉仪，2、自准平面镜，3、平行光，4、激光跟踪仪，5、测量点，6、测量点的镜像点，7、平行于光轴的直线，8、补偿器，9、装调定位仪，10、被检非球面，11、被测的光轴点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

采用自准平面镜测量光轴的方法，该方法由以下步骤实现：

如图1所示，步骤一、干涉仪1与平面反射镜2对准放置，调整平面反射镜2的角度，使其将干涉仪1发出的平行光3反射，反射后的光在干涉仪1中形成的条纹无倾斜，即实现平面反射镜2自准；