[发明专利]一种测量光学自由曲面的装置

说明书

本发明涉及一种测量光学自由曲面的装置，用于测量工件的三维形貌，包括聚焦式激光位移传感器、反射镜、气浮测头、纳米二维位移机构、聚焦式激光位移传感器的信号采集电路、工控机和纳米二维位移机构控制器；气浮测头包括探针、探针轴，反射镜置于探针轴的尾部，探针轴置于气浮导轨上，工控机通过纳米二维位移机构控制器控制纳米二维位移机构按照所设计路径进行运动，气浮测头的探针在测试工件表面滑动，导致反射镜产生连续轴向移动，聚焦式激光位移传感器产生聚焦误差信号，通过信号采集电路把聚焦误差信号输入到工控机。

技术领域

本发明属于表面形貌质量检测装置技术领域，涉及一种测量光学自由曲面的装置。

背景技术

如今光学系统逐渐往小型号化发展，光学自由曲面作为光学系统中的核心关键，光学自由曲面由于面形复杂性而且具有大曲率特性等特点，一直是超精密测量的难题。对于光学自由曲面形貌的测量，目前一般采用日本松下公司的UA3P和英国泰勒霍普森轮廓仪，他们是学术界和工业界的标准，但是都存在设备昂贵缺点。因为测量光学自由曲面比较困难，极大的限制了光学自由曲面的应用。对于光学自由曲面的测量，有许多方法如光学显微测量法、光学干涉测量法、条纹投影法等，但是对于大斜率的光学自由曲面，均不能达到理想的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以用于测量大斜率光学自由曲面的高精度测量装置。本发明可以测量大斜率光学自由曲面的三维形貌，具有体积较小，安装灵活方便，精度高的优点。技术方案如下：

一种测量光学自由曲面的装置，用于测量工件的三维形貌，包括聚焦式激光位移传感器、反射镜、气浮测头、纳米二维位移机构、聚焦式激光位移传感器的信号采集电路、工控机和纳米二维位移机构控制器；气浮测头包括探针、探针轴，反射镜置于探针轴的尾部，探针轴置于气浮导轨上，工控机通过纳米二维位移机构控制器控制纳米二维位移机构按照所设计路径进行运动，气浮测头的探针在测试工件表面滑动，导致反射镜产生连续轴向移动，聚焦式激光位移传感器产生聚焦误差信号，通过信号采集电路把聚焦误差信号输入到工控机；工控机通过分析计算聚焦误差信号得到反射镜产生的轴向位移量，计算出测试工件的工件形貌的高度变化，根据纳米二维位移机构和工件形貌的高度变化构建测试工件的三维形貌。

本发明提出的测量大斜率光学自由曲面的装置，包含聚焦式激光位移传感器及其信号采集电路，高精度气浮测头，纳米二维位移机构及其控制器等主要部分。本发明的装置克服了传统的聚焦式激光位移传感器测量方法，因受数值孔径的原因无法测量大斜率光学自由曲面的缺点，本发明通过在测量装置加入高精度气浮测头，而且光学探针负责测量高精度气浮测头末端位移，直接就很好的解决了聚焦式激光位移传感器的缺陷，并且保留了聚焦式激光位移传感器的精度。本发明的测量装置，实现了纳米级的垂直分辨率，配合纳米二维位移平台，可以实现大斜率的光学自由曲面三维形貌测量。

附图说明

图1：大斜率光学自由曲面高精度测量系统原理示意图

图2：高精度的气浮测头的工作原理示意图

具体实施方式

本发明由高精度气浮测头(包含探针、探针轴和轴套)、聚焦式激光位移传感器及其信号采集电路，纳米二维位移机构及其控制器。