[发明专利]高次曲面空间位置自动定中系统和方法

说明书

本发明公开了一种高次曲面空间位置自动定中系统和方法。本发明的技术特点在于对高次曲面光学元件顶点曲率半径以及顶点曲率中心位置坐标进行测量，实现待测高次曲面光学元件检测姿态的初始化调整与参数测量。高次曲面自动定中系统包括高次曲面定中单元和空间位置调整机构，自动定中方法通过建立高次曲面自动定中计算模型，得出自动定中系统的平移机构和摆动机构的精确调整量，进行各个机构对应量的调整，实现元件光轴、定中单元光轴、自旋机构转轴三轴轴系一致，最后驱动高次曲面定中单元沿Z向扫描，得到元件顶点的曲率中心坐标，从而为高次曲面子孔径扫描拼接操作提供了一种高精度的定位方法。

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术领域，具体涉及一种高次曲面位置自动定中系统和方法。

背景技术

高次曲面光学元件在日常科研、生活中被广泛应用，如极紫外镜头中，单镜头采用的高次曲面光学元件多大10几片，同时高次曲面光学元件的广泛使用对加工及表面质量检测方法提出了更高的要求，不仅要求加工精度能达到波长级别，同时要求表面质量中不存在划痕、麻点等表面缺陷，因此开展高次曲面表面缺陷的检测具有重要的意思，而在高次曲面表面缺陷检测中，高次曲面元件的定中问题尤为重要。因此设计了因此设计了一种高次曲面空间位置自动定中方法和装置，实现元件表面缺陷的自动化精确定量评价。

目前常用的高次曲面元件满足以下方程：

其中r²＝x²+y²，k为二次常数，A₁，A₂，A₃，A₄为高次曲面偏离系数。

该类型的高次曲面元件具有旋转对称特性，其表面缺陷检测难点在于曲面上各点有着不同的曲率半径，且在唯一光轴上其对应的曲率中心位置各不相同，因此当元件光轴与自旋轴之间存在夹角时，只对任意一个曲率中心定心不能够确定光轴的空间位置从而调整其与自旋轴重合。为了解决这一难题，本专利提出了一种高次曲面自动定中系统及其方法，自动定中系统通过确定高次曲面光学元件顶点的曲率中心的位置，对待测元件进行包括Z向调节、二维平移、二维摆动、绕自旋机构的旋转、以及自旋机构至待测元件二维摆动机构之间整体的二维平移共八个维度的调节。自动定中的方法中高次曲面自动定中计算求解模型，得出自动定中系统的四维调整量，并进行相应机构的位置和姿态调整，从而实现待测高次曲面光学元件检测姿态的初始化调整与参数测量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高次曲面位置自动定中系统和方法。本发明对高次曲面光学元件顶点曲率半径以及顶点曲率中心位置坐标进行测量，实现待测高次曲面光学元件检测姿态的初始化调整与参数测量。

本发明提供一种高次曲面位置自动定中系统，从上往下依次包括高次曲面定中单元S0、Z向调节立柱S1、自定心夹持机构S3、二维摆动机构包括S4、S5、XY二维平移机构包括S6、S7、自旋机构S8、底部Y向导轨S9和X向导轨S10；高次曲面定中单元S0设置在Z向调节立柱S1上，自定心夹持机构S3设置有待测元件S2，二维摆动机构包括Y轴摆动机构S4和X轴摆动机构S5，XY二维平移机构包括Y轴平移机构S6和X轴平移机构S7；自定心夹持机构与二维摆动机构相连接，所述的二维摆动机构根据光学结构参数，利用2个可达微米量级定位精度的精密导轨，对应配合2个步进电机的驱动，使步进电机在接收到程序指令后对绕XY的二维摆动机构进行定量的角度调整，即对Y轴摆动机构S4和X轴摆动机构S5分别进行定量的角度调整。二维摆动机构下方连接有XY二维平移机构，同理，XY二维平移机构也有对应的电机控制模式进行定量的位移调整；自旋机构与XY二维平移机构相连，使高次曲面光学元件能够进行自旋转动，方便对待测元件每隔已知角度采集十字叉丝像用来确定自旋轴的位置，底部的Y向导轨和X向导轨是通过转接板与自旋机构下方相连固紧，Y向导轨和X向导轨均可达微米量级定位精度的精密平移；从而实现对自旋机构至XY二维摆动机构的整体移动。