[发明专利]多功能立式零位重叠扫描干涉测量装置

说明书

本发明公开了一种多功能立式零位重叠扫描干涉测量装置，包括主控单元、驱动控制电路和气浮隔振底座，气浮隔振底座上分别设有立柱和四维运动调整平台，立柱上设有垂直升降轴且垂直升降轴上装有激光波面干涉仪，激光波面干涉仪的光输出通路上设有可拆卸的CGH五维运动组合调整平台，CGH五维运动组合调整平台位于四维运动调整平台的正上方，CGH五维运动组合调整平台、四维运动调整平台的控制端均分别通过驱动控制电路与主控单元相连，激光波面干涉仪的控制端与主控单元相连。本发明能对大口径平面、球面、凸非球面实现高精度、高效率测量，可灵活地对平面、球面以及非球进行零位测量，结合自动化控制实现了大口径光学面形的高效，高精度检测。

技术领域

本发明属于干涉拼接测量领域，具体涉及一种多功能立式零位重叠扫描干涉测量装置，适用于大口径平面、球面、凸非球面的多功能立式零位重叠扫描干涉测量。

背景技术

由于非球面镜在简化光电信息采集系统结构，减轻系统质量等方面的突出作用，非球面光学系统广泛应用于民用和军用的光电仪器中。大口径的凸非球面镜更是作为空间及地基望远镜系统中的次镜，发挥着不可替代的作用。随着非球面镜的大量应用，口径和相对口径越来越大，光学镜面的测量问题也日益凸显。采用波面干涉测量可以精确获得待测镜面的面型误差，但是对于大口径、高陡度的非球面镜而言，干涉仪无法对其进行直接测量，应用无像差点法零位测试或像差补偿测量法则需要比待测镜更大口径的辅助镜或补偿镜，本身也带来极大的检测和制造难题，因此人们想出分区域重叠扫描测量大型光学镜面面形来获得全口径面型误差。

采用这种重叠扫描干涉测量的方法，可遍历大口径球面，得到覆盖被测面的面形信息。也可将单个扫描区域的非球面度减小到干涉仪的垂直测量范围内，用球面干涉仪即可直接解析干涉条纹，可以直接对非球面度不大的非球面进行干涉测量。但是对于一些大口径的高陡度非球面则会划分出上百个重叠扫描区域，大大增加了测量难度。而对单个扫描区域的像差进行补偿实现零位测量则可以大大提高非球面零位补偿的重叠扫描干涉测量的测量范围和检测精度。

美国专利“US 6956657B2”中提出一种可直接对平面、球面以及数十微米离轴量的非球面进行非零位测试的扫描区域拼接工作站(SSI)。SSI由高精度的六轴CNC控制平台和标准的4/6英寸商用斐索干涉仪等组成，成功将干涉测量技术、精确数控技术和拼接算法结合在一起。在用户输入了被测面的口径、曲率半径、选择合适的透射镜头并划分定义了扫描区域布局之后，该工作站可自动控制各运动轴实现扫描区域测量过程中的名义运动，并在扫描区域对准后进行干涉条纹的自动调零，并进行数据的采集和拼接。但该系统测量非球面的能力有限，且只能进行非零位的拼接测量。

牟柯冰等在中国专利申请号“201710111478.5”“立式球面干涉拼接测量装置及其调整方法”的实施方案中提出将干涉仪用支架吊装起来，使干涉仪垂直于地面，使被测球面的轴线与干涉仪出射光的轴线重合，通过调整被测镜实现全口径测量，消除了移动干涉仪带来的误差，同时能够更加快速、准确的完成对被测球面的调整和测量但是该法只能测量球面，并不适用于凸非球面镜。

李圣怡等在中国专利申请号“200710034359.0”(大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法)中提出了一种非球面镜中高频误差检测装置与方法，采用五轴运动调整平台实现被测非球面镜上部分区域的干涉测量，采用区域数据拼接算法，补偿测量过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差。其中波面干涉仪通过调焦平台实现调焦运动，利用偏摆反射镜将水平测量光路偏摆为竖直方向，被测非球面镜通过三维运动调整平台(两维直线运动和一个绕对称轴的回转运动)实现镜面上不同区域的测量。该装置的主要缺点是偏摆反射镜增加了测量对准难度，引入了测量误差；光路不够灵活，受结构限制，只适用于较小范围的一类非球面镜；另外被测非球面镜参与多个运动调整，不利于保证大型镜面测量的精度和稳定性。

发明内容