[发明专利]一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法

说明书

本发明公开了一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法，采用自动定心装置，所述的自动定心装置包括样品台、三维位移台、三台激光位移传感器、数据采集单元、数据分析处理单元，以及用于接收数据分析处理单元的反馈并控制三维位移台运动至光学元件轴心线位置的控制单元；自动定心时，三台激光位移传感器同时提供被测光学元件上三个采样点的相对距离，当三个采样点的相对距离为0或者小于允许误差阈值时，即可认为三个采样点构成的截面为垂直于光轴的圆形截面，圆心即光学元件轴心线位置。本发明简单易行，无需对球面或旋转对称非球面光学元件进行旋转，降低机械设计与装配难度，实现光学元件的非接触式、快速、自动定心。

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其是涉及一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法。

背景技术

在光学元件的表面缺陷检测领域，主要采用显微成像系统对被检样品表面进行扫描成像，从而获得表面缺陷的形貌与分布。作为实现光束聚焦和分散的重要的手段，球面光学元件和旋转对称非球面光学元件发挥着重要作用，然而却由于其复杂的表面形式，给表面缺陷检测带了巨大困难。在进行球面与旋转对称非球面光学元件检测时，需要首先完成元件定心，以轴心线线位置作为参考点，进行扫描路径规划。

现有的球面光学元件自动定心方法，如公开号为CN105157617A的中国专利文献公开了应用于球面光学元件表面缺陷检测的球面自动定心方法，采用球面反射十字叉丝成像，利用自旋转台带动被测球面光学元件旋转，观察十字叉丝位置变化，拟合叉丝运动轨迹的圆心，从而实现球面光学元件定心。然而，上述这种方法对机械结构的要求高，需要设计自旋转台结构带动样品旋转，增加了设计、加工和装调的复杂性；并且这种方法无法适用于旋转对称的非球面定心。当今球面与旋转对称非球面或旋转对称非球面光学元件通常设计为前表面为曲面，后表面为矩形平面的结构，其长宽尺寸已发展至数百至数千毫米，重量达数百千克。显然，自旋转台结构将大大增加定心系统机械复杂度、增加定心所需时间，不适用当今球面与旋转对称非球面光学元件和旋转对称非球面光学元件的定心需求。

因此，需要设计简单、高效的装置与方法，实现球面与旋转对称非球面光学元件的自动定心。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法，实现球面与旋转对称非球面光学元件的非接触式、快速、自动定心。

本发明的技术方案如下：

一种球面或旋转对称非球面光学元件自动定心方法，采用自动定心装置，所述的自动定心装置包括样品台、三维位移台、安装在三维位移台上的三台激光位移传感器、与激光位移传感器电连接的数据采集单元、与数据采集单元电连接的数据分析处理单元，以及用于接收数据分析处理单元的反馈并控制三维位移台运动至光学元件轴心线位置的控制单元；

具体包括以下步骤：

(1)对三台激光位移传感器的初始位置进行定标；

(2)采用竖直放置姿态，将待定心的球面或旋转对称非球面光学元件固定在样品台上；

(3)移动三维位移台的X、Y两轴，使三台激光位移传感器的三个采样点全部位于球面光学元件的表面；其中，所述三维位移台的X、Y轴与光学元件的光轴互相垂直；

(4)移动三维位移台的Z轴，使三台激光位移传感器全部位于工作距离之内，通过数据采集单元获得球面或旋转对称非球面光学元件上三个采样点距离对应激光位移传感器的相对距离d₁、d₂、d₃；其中，所述三维位移台的Z轴与光学元件的光轴互相平行；

(5)控制单元控制三维位移台进行Y轴移动，直至满足|d₁-d₂|＜Δd，Δd为允许误差阈值；