[发明专利]一种自由曲面在线实时检测方法及装置

说明书

一种自由曲面在线实时检测方法及装置。主要解决了现有技术无法在自由曲面通过光学元件在线实时检测的问题。本发明提供一种自由曲面在线实时检测方法及装置，采用光学相干层析技术和加工控制系统相配合，本检测装置可便捷地安装在被测样品加工设备的刀具轴平台上，与加工设备系统联动配合，使得测量光束可扫描覆盖被测样品全口径，实现全面形测量，无需拼接就能实时在线地获取全部面形数据，同时不受被测样品表面梯度的限制，具有结构紧凑，装卸便捷、灵活等优点，另外无需取下工件，可将检测结果直接反馈给加工设备控制系统，进行合理补偿修复加工面形，提高加工生产质量，降低废品率。

技术领域

本发明涉及光学在机测量技术领域,具体涉及一种自由曲面在线实时检测方法及装置。

背景技术

随着光学自由曲面的加工精度越来越高、制造工艺越来越成熟，光学自由曲面的应用范围也越来越广。同时，光学自由曲面的精确检测，已经成为了光学检测行业越来越急待解决的难题。

现有技术对自由曲面的精确、快速测量具有较大难度。比如非干涉检测法中，目前应用最成熟的三坐标测量法CMM或者轮廓仪法，属于接触式的测量方法，需要多次扫描，无法一次得到被测件面形数据，测量时间长、速度慢，测量精度不高，在测量过程中还可能划伤表面，不能较好的解决测量精度与速度之间的矛盾，并不适合对成像元件表面进行测量。而干涉法是目前公认的检测光学元件面形最准确、最有效的手段，它属于非接触式测量，不会对待测量表面造成任何损伤，且可以实现全口径同步测量，测量速度快、精度高，能检测面形波长量级的变化。

然而传统干涉测量方法在检测光学非球面特别是光学自由曲面的时候表现了很大局限性，不能进行在线实时检测，如何根据自由曲面的特点进行改进干涉测量方法是现今国内外对自由曲面光学元件面形测量的研究热点，而如何在自由曲面元件加工过程中实现在线实时监测、补偿，高效率高精度高质量完成自由曲面元件的加工也是大家一直所梦寐以求的。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种自由曲面在线实时检测方法及装置，主要解决了现有技术无法在自由曲面通过光学元件在线实时检测的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种自由曲面在线实时检测装置，包括底座，所述底座上设有用于与光信号处理单元连接的扫描系统单元，所述扫描系统单元包括扫描器，所述扫描器一端用于接收由光信号处理单元，发射的测量光束；所述扫描器内设有可自转的第一反射振镜和可自转的第二反射振镜，所述第一反射振镜的自转轴与第二反射振镜的自转轴相对垂直设置；所述扫描器内还设有物镜和用于将测量光束反射到被测样品表面的分束镜；所述第一反射振镜、第二反射振镜、物镜和分束镜均设于测量光束所在的光路上。

一种使用根据上述的一种自由曲面在线实时检测装置的自由曲面在线实时检测方法，包括以下步骤：

步骤一，通过光信号处理单元发射的测量光束，通过多模光纤跳线和光纤准直器准入扫描器；

步骤二，扫描器内的光纤准直器耦合测量光束，将测量光束入射到第一反射振镜上，然后反射到第二反射振镜上，通过第二反射振镜反射且垂直透射物镜照射到分束镜，然后反射到被测样品表面上；

步骤三，测量光束在被测样品表面上经反射原路返回到光信号处理单元，光信号处理单元通过光信号处理单元将探测样品的返回光信号Is与处理单元内建的参考光信号进行Ir进行干涉，得到干涉强度

其中，k是所用光源的波数，△l是样品探测点到标准参考面的距离；

步骤四，通过控制旋转第一反射振镜和第二反射振镜将扫描点在被测样品表面二维扫描，得到各点的干涉强度,经OCT成像技术获得检测图像，最后通过数据分析和图像处理技术高精度重构被测样品的面形。