[发明专利]差动共焦与点衍射干涉相结合测量球体形貌及壁厚的方法与装置

摘要

本发明属于光学精密测量领域，涉及差动共焦技术与点衍射干涉相结合测量球体内外表面形貌及壁厚的方法与装置。该方法利用点衍射干涉和被测球体的旋转及测量子孔径拼接，实现对球体外表面形貌高精度快速测量；利用差动共焦技术对透明或半透明球体的关键区域进行内外表面形貌及壁厚的逐点扫描测量。本发明将点衍射干涉技术与共焦显微技术有机融合，以期实现球体内外表面形貌和壁厚的同时测量。旨在解决现有AFM或单一共焦传感器等扫描法测量球体表面时存在测量速度慢、效率低、易漏测等难题。本发明在激光核聚变靶丸形貌和壁厚测试、球体表面形貌和轮廓测试等领域具有广泛的应用前景。

主权项

差动共焦与点衍射干涉相结合测量球体形貌及壁厚的方法，其特征在于：①从带反射功能的点光源(1)发出的光，经过分光镜(2)分为两部分，透射的光经过物镜(5)会聚到透明或半透明的空心球体(7)；经空心球体(7)表面反射的光，再次通过物镜(5)，被分光镜(2)分为两部分，反射的光进入差动共焦探测系统(8)，透射光被点光源(1)反射面反射，与点光源发出的另一束光一起依次被分光镜(2)反射、物镜(3)会聚，在CCD(4)表面发生干涉，并由CCD(4)探测到带有空心球体(7)表面信息的干涉条纹；②当工作于点衍射干涉测量时，通过多维工作台(6)调整，使投射到空心球体(7)表面的聚焦光斑大小合适；③通过多维工作台(6)带动空心球体(7)的旋转，CCD(4)测得多幅干涉图像并经过子孔径拼接算法处理，测得空心球体(7)表面的形貌。④当工作于差动共焦测量时，通过多维工作台(6)的移动，使光的焦点依次投射到空心球体(7)的外表面和内表面，差动共焦探测系统(8)响应曲线上的零点(25)、零点(26)分别对应物镜(5)聚焦到空心球体(7)外、内表面位置；⑤通过差动共焦探测系统(8)依次探测零点(25)、零点(26)，来分别测量与探测零点(25)和零点(26)对应的多维工作台(6)的位置，其值分别记为a和b；其中a为瞄准点对应空心球体(7)外表面形貌的高度值，b为瞄准点对应空心球体(7)内表面形貌的高度值；⑥a和b相减得到空心球体(7)在瞄准点处的壁厚(27)；⑦空心球体(7)随着多维工作台(6)匀速旋转，旋转过程中重复使用步骤④，得到空心球体(7)外表面轮廓的高度值数据{a1，a2，a3，...，an}、内表面轮廓的高度值数据{b1，b2，b3，...，bn}及每个瞄准点相对应的旋转角度值{θ1，θ2，θ3，...，θn}；⑧由{a1，a2，a3，...，an}和{θ1，θ2，θ3，...，θn}计算空心球体(7)的外表面轮廓；⑨由{b1，b2，b3，...，bn}和{θ1，θ2，θ3，...，θn}计算空心球体(7)的内表面轮廓；⑩由{a1，a2，a2，...，an}和{b1，b2，b3，...，bn}相减，得到一组空心球体(7)的壁厚值：{Δ1，Δ2，Δ3，...，Δn}。