[发明专利]一种用于共形光学元件的面形测量装置及方法

权利要求书

1.一种用于共形光学元件的面形测量装置，其特征在于包括水平基座(1)、龙门式测量平台(2)、X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)、探头转台(5)、距离传感器(6)、工件转台(8)、计算机(9)；

所述龙门式测量平台(2)安装在所述水平基座(1)上，所述龙门式测量平台(2)含4个运动自由度；所述X轴直线运动台(3)安装于所述龙门式测量平台(2)的横梁上，可在水平面内运动；所述Z轴直线运动台(4)固定于所述X轴直线运动台(3)上，可在垂直面内运动；所述探头转台(5)安装于所述Z轴直线运动台(4)底端，所述距离传感器(6)固定在所述探头转台(5)上，随所述探头转台(5)转动而摆动；所述工件转台(8)固定在所述水平基座(1)上，所述工件转台(8)的回转轴线与所述传感器(6)轴线在同一水平面上；所述计算机(9)连接并控制所述X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)、探头转台(5)、距离传感器(6)和工件转台(8)；

装置的实现方法，包括如下步骤：

步骤1.将被测共形光学元件(7)置于所述工件转台(8)上，并调整被测共形光学元件(7)对称轴线与所述工件转台(8)回转轴线使两轴线一致，调整完成后固定工件；

步骤2.将共形光学元件轮廓方程参数输入所述计算机(9)，在计算机中将共形光学元件的轮廓方程向外扩展等同于距离传感器(6)参考距离的长度，得到沿共形光学元件母线的扫描轨迹；在扫描轨迹上等间距取扫描点，根据各点切向量求取对应法向量，所求法向量方向即为距离传感器姿态方向；在法向上取与探头长度相等的距离，即得到对应的距离传感器位置；结合各轴相对位置关系，即可求取扫描过程中的各轴位置数据；

步骤3.通过所述计算机(9)调整所述X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)和探头转台(5)的位置，使所述距离传感器(6)以所求取扫描轨迹对应的起始姿态指向生成的扫描轨迹起点；

步骤4.通过所述计算机(9)启动所述工件转台(8)，带动所述被测共形光学元件(7)进行旋转运动；

步骤5.启动所述X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)和探头转台(5)，通过所述计算机(9)向各运动轴输送控制指令控制所述距离传感器(6)沿所述被测共形光学元件(7)母线进行跟踪式扫描；

步骤6.运动过程中由所述计算机(9)持续采集各运动轴位置数据与所述距离传感器(6)的输出数据，直至所述距离传感器(6)扫描运动结束；

步骤7.当所述距离传感器(6)运动至扫描轨迹终点后所述计算机(9)控制所述X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)、探头转台(5)和所述工件转台(8)停止运动，并停止数据采集；所述计算机(9)中保存整个测量过程中所述X轴直线运动台(3)、Z轴直线运动台(4)、探头转台(5)和所述工件转台(8)位置数据与所述距离传感器(6)的输出数据；

步骤8.结合各运动轴相互坐标关系以及所采集数据计算出被测点三维坐标，将所有测量点在同一坐标系下构建坐标点云，滤波插值后得到被测共形光学元件三维面形；

步骤9.求所测共形光学元件测得的三维面形与其设计面形差值，得到面形偏差，完成测量。