[发明专利]一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法

说明书

本发明公开了一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法，包括如下步骤：步骤S1：将大型非球面工件放置在用于测量的倾斜台上，并从硬件和软件两方面消除测量误差；步骤S2：角度差的测量：使用傅里叶变换算法对大型非球面进行一次圆周扫描；步骤S3：通过角度差Δc计算轮廓P；步骤S4：大型非球面的轮廓测量。该检测方法属于非接触式的形貌测量技术，可以解决接触性检测因物理接触而造成的被测表面损伤；该检测方法有周向扫描功能，可以解决相移干涉测量法适用的测量尺度范围较小的缺点，该装置通过对不同半径的圆形扫描进行重复实验，以获得表面的整体形状，并重建大型非球面的表面形貌，可以解决莫尔测偏法测量精度较低的不足。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法。

背景技术

目前，在工业生产，航空航天，及半导体等行业中，形貌测量技术均有着重要的发展与应用。在高精度光学元件检测领域，尤其在粗磨、精磨成形阶段，形貌测量发挥着重要的作用。大尺寸高精度光学元器件，特别是不同曲率的棱镜元件，在航天航空，半导体等行业得到广泛而深远的应用。由于大型非球面棱镜工作环境的特殊性，对光学元器件的面型精度以及表面粗糙度等的要求都极高。在加工制造过程中，为了满足各项技术参数指标,对于不同曲率的棱镜的表面形貌必须经过多次的检测，再将检测得到的形貌信息反馈到加工控制系统中，用于指导和修正下一个加工工序。为了得到更准确的测量信息用以便于指导加工，对形貌测量机的精度和形貌多样性都提出了更高的要求。

以下将会列举三种非球面形貌检测的方法及其优势与不足。

接触式形貌检测法，即通过机械触针与被测大型非球面工件进行物理接触将表面形貌信息转换成光电信号。但是其效率低下，难以完整地记录被测物体的微观形貌。此外，探针与被测大型非球面工件进行物理接触，无论对探针还是被测表面都可能会造成损害，从而造成测量误差甚至对大型非球面工件造成不可修复的损伤。

相移干涉测量法不仅可以一次处理整个条纹图像，而且在速度与形貌精度上有着许多优势。但其自身具有极高的敏感性，且适用的测量尺度范围较小。为了解决抗扰动性能差的问题，一种新的非球面三维形貌检测法--莫尔测偏法应运而生。

相比于相移干涉测量装置而言，莫尔测偏法采用的装置在有着明显的价格优势的同时，并且提高了整个测量装置的抗干扰性，除此之外，莫尔测偏法在空间尺度测量上具有可调性，测量范围也比相移干涉法大得多。但是，受基本原理的限制，莫尔测偏法的测量精度较低，不能很好地满足某些极其精密条件下的测量。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于复光束角度传感器的大型非球面形貌检测方法，该方法主要包括如下具体步骤：

步骤S1：将大型非球面工件放置在用于测量的倾斜台上，并从硬件和软件两方面消除测量误差。

具体的，所述步骤S1中的硬件方面是指通过使用两个XY平台和倾斜台来微调及对齐复光束角度传感器的机械和光学系统，从而实现消除误差。

具体的，所述步骤S1中的软件方面是指采用测量转移的方式消除误差，所述测量转移是指采用傅里叶变换公式处理。

步骤S2：角度差的测量：使用傅里叶变换算法对大型非球面进行一次圆周扫描。

具体的，所述步骤S2具体包括：将复光束角度传感器以大型非球面工件表面O点为中心并以r为半径做圆周旋转，再以增量的方式旋转大型非球面工件，并沿圆周测量大型非球面工件的角度差。

步骤S3：通过角度差Δc计算轮廓P。