基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法，包括干涉仪、工业机器人以及坐标系建立组件，所述干涉仪能够通过连接工装安装在工业机器人上，所述坐标系建立组件包括参考件和校准件，所述校准件包括能够安装在工业机器人上的连接盘和设置在连接盘一侧的校准杆，所述校准杆的延伸方向与连接盘的连接盘安装轴线平行，该校准杆与连接盘距离最远的一点为校准点。本发明专利技术具有结构灵活简单、应用范围广、高效安全、环境适应性好等优点，兼具子孔径干涉测量的高空间分辨率等优点，可以同时满足各种重力姿态下的大口径光学元件平面面形高精度在位测量问题，可以进行表面未经过镀膜或打毛等处理的平面面形测量。

Planar Subaperture Splicing Interferometry Device and Method Based on Robot

【技术实现步骤摘要】
基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法
本专利技术涉及大口径光学元件干涉测量
，具体涉及一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，大口径平面光学元件在天文学、空间光学、军事和能源等领域中的应用越来越广泛，大型光学系统对大口径光学元件的检测效率、检测精度以及空间分辨率等方面的要求也越来越高。对于大口径平面光学元件的高精度面形检测，目前普遍采用的是大口径干涉仪和子孔径拼接干涉仪。其中，大口径干涉仪造价昂贵，对环境要求高，并且，大口径干涉仪的体积和重量也限制了其使用的灵活性，每次检测都需要将大口径光学元件从加工工位或装校工位吊运至检测工位，因而效率低下。相比大口径干涉仪，子孔径拼接干涉仪降低了检测成本，保留了小口径干涉测量的高空间分辨率和高测量精度的优点，但也同样面临着测量工位和加工装校工位不同的问题。并且，子孔径拼接干涉仪基本都采用的是机械位移装置，对干涉仪和/或待测光学元件进行移动，现有的这些机械位移装置自由度少，限制了待测光学元件的测量位置和姿态，不仅导致干涉测量效率低下，甚至会在一定程度上影响干涉测量的精度，导致最终拼接的全口径面形不够准确。因此，目前的大口径平面光学元件面形检测只包含了干涉仪在卧式和立式两种姿态下进行检测，要实现在车间检测和光学工程中存在的、各种重力倾斜姿态下的、大口径面形在位测量极其困难。因此，亟需寻找简单、高效、高精度的检测方法来实现大口径平面光学元件面形的在位检测。
技术实现思路
为解决目前针对大口径光学元件面形检测方法不具备简单、高效、高精度的在位检测能力的技术问题，本专利技术提供了一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法。其技术方案如下：一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其要点在于：包括干涉仪、工业机器人以及坐标系建立组件，所述干涉仪能够通过连接工装安装在工业机器人上，并能够在工业机器人的带动下对光学元件进行平面面形子孔径拼接干涉测量，所述坐标系建立组件包括设置在工业机器人旁的参考件和基于参考件进行校准的校准件，所述校准件包括能够安装在工业机器人上的连接盘和设置在连接盘一侧的校准杆，所述校准杆的延伸方向与连接盘的连接盘安装轴线平行，该校准杆与连接盘距离最远的一点为校准点；当干涉仪安装在连接工装上时，干涉仪的光轴与连接工装的连接工装安装轴线的间距等于校准点与连接盘安装轴线的间距，安装在干涉仪前端的参考镜前端面与连接工装后端面的间距等于校准点与连接盘后端面的间距。采用以上结构，先利用校准件与参考件的配合建立工具坐标系，并各个工具进行校准，再利用工业机器人带动干涉仪进行扫描测量，进而得到待测光学元件在该姿态下的全口径面形测量结果，能够简单、高效、高精度地进行大口径平面光学元件面形的在位检测，特别是能够实现对任意倾斜姿态下(45度以及其他角度)光学元件进行平面面形子孔径拼接干涉测量。作为优选：所述校准杆通过连接支架安装在连接盘上，所述连接支架包括同轴安装在连接盘上的第一连接杆以及两端分别与第一连接杆和校准杆连接的第二连接杆。采用以上结构，结构简单，稳定可靠，使校准杆姿态稳定，便于进行精确地校准。作为优选：所述参考件包括参考基座以及竖向设置在参考基座的参考杆，所述参考杆的上端部与校准杆远离连接盘的一端均为圆锥形结构，所述校准杆圆锥结构的顶点为所述校准点。采用以上结构，便于校准杆和参考杆进行工具的校准和工具坐标系的建立，使工业机器人能够更加精准地调节干涉仪的位置和姿态。作为优选：所述干涉仪采用动态干涉仪。相对于目前常用的静态干涉仪，使用动态干涉仪，不仅将干涉测量扩展到各种测量环境中，还解决了长时间扫描测量时环境因素的干扰，保证了其子孔径测量的精度和重复性。作为优选：所述参考镜通过二维调整镜架安装在干涉仪的前端。采用以上结构，能够简单、便捷、可靠地调整参考镜的位置。作为优选：在所述工业机器人旁设置有用于支撑光学元件的光学元件支撑机构。采用以上结构，以便于对光学元件进行定位。一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量方法，其要点在于，按照以下步骤进行：S1：建立工具坐标系将校准件安装在工业机器人上，使校准杆的校准点与参考杆圆锥结构的尖点保持接触，并调整若干次工业机器人末端的位姿，改变校准杆的姿态，同时记录上述几次调整后校准杆的姿态，从而建立工具坐标系，完成后将校准件从工业机器人上卸去；S2：校准干涉仪干涉仪通过连接工装安装在工业机器人上，调节二维调整镜架，使参考镜与干涉仪的光轴垂直；S3：测量标准镜的面形将标准镜安装在光学元件支撑机构上，通过工业机器人调整干涉仪的位姿，使干涉仪测得的干涉条纹数最少，得到标准镜的面形，此时干涉仪与标准镜的间距为L；S4：定义干涉仪的扫描测量平面将待测的光学元件安装在光学元件支撑机构上，使该光学元件的姿态与步骤S3中标准镜的姿态相同，定义干涉仪的扫描测量平面以及该扫描平面的x轴与y轴方向，该干涉仪的扫描测量平面与待测光学元件的待测平面平行，扫描方向平行于x轴或y轴方向，且干涉仪与待测光学元件的间距为L；S5：对待测光学元件进行扫描测量利用干涉仪对待测光学元件进行扫描测量，得到若干该光学元件待测平面的子孔径面形测量数据；S6：子孔径拼接根据子孔径的位置信息，对各子孔径的面形测量数据进行拼接计算，得到待测光学元件在该姿态下的全口径面形测量结果。采用以上方法，能够简单、高效、高精度地进行大口径平面光学元件面形的在位检测，不仅应用范围广，可以同时满足各种重力姿态下的大口径光学元件面形高精度在位测量(即能够实现对任意倾斜姿态下(45度以及其他角度)光学元件进行平面面形子孔径拼接干涉测量)，而且高效安全，可以实现大口径光学元件面形在加工或装校工位的检测，而不必进行移动，同时环境适应性好，不仅将干涉测量扩展到各种测量环境中，还解决了长时间扫描测量时环境因素的干扰，保证了其子孔径测量的精度和重复性。作为优选：步骤S4中，定义扫描子孔径的横向分布方向为扫描测量平面的x轴，纵向分布方向为扫描测量平面的y轴，垂直于扫描测量平面且指向光学元件的待测平面的方向为扫描测量平面的z轴。采用以上方法，子孔径在该扫描测量平面上的位置就很容易地能够计算出，便于工业机器人的移动和定位。作为优选：步骤S5中，干涉仪每移动到一个子孔径测量位置时，均通过工业机器人调整干涉仪的位姿，使干涉仪测得的干涉条纹数最少。采用以上方法，能够提高子孔径的面形测量数据的精度，从而提高待测光学元件在该姿态下的全口径面形测量结果。作为优选：步骤S3中，使用干涉仪进行多次测量平均，得到标准镜的面形，将其作为干涉仪的系统误差Ws；步骤S5中，每个子孔径面形测量数据均扣除系统误差Ws。采用以上方法，能够提高子孔径的面形测量数据的精度，以减小环境因素的干扰，从而提高待测光学元件在该姿态下的全口径面形测量结果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：采用以上技术方案的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置及方法，具有以下优点：1、结构灵活简单，机器人使干涉仪的位置姿态调整更方便；2、应用范围广，可以同时满足各种重力姿态下的大口径光学元件面形高精度在位测量，即能够实现对任意倾斜姿态下(45度以及其他角度)光学元件进行平面面形子孔径拼接干涉测量；3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：包括干涉仪(2)、工业机器人(1)以及坐标系建立组件，所述干涉仪(2)能够通过连接工装(3)安装在工业机器人(1)上，并能够在工业机器人(1)的带动下对光学元件(4)进行平面面形子孔径拼接干涉测量，所述工具坐标系建立组件包括设置在工业机器人(1)旁的参考件(5)和基于参考件(5)进行校准的校准件(6)，所述校准件(6)包括能够安装在工业机器人(1)上的连接盘(61)和设置在连接盘(61)一侧的校准杆(62)，所述校准杆(62)的延伸方向与连接盘(61)的连接盘安装轴线(61a)平行，该校准杆(62)与连接盘(61)距离最远的一点为校准点(62a)；当干涉仪(2)安装在连接工装(3)上时，干涉仪(2)的光轴(2a)与连接工装(3)的连接工装安装轴线(3a)的间距等于校准点(62a)与连接盘安装轴线(61a)的间距，安装在干涉仪(2)前端的参考镜(7)前端面与连接工装(3)后端面的间距等于校准点(62a)与连接盘(61)后端面的间距。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：包括干涉仪(2)、工业机器人(1)以及坐标系建立组件，所述干涉仪(2)能够通过连接工装(3)安装在工业机器人(1)上，并能够在工业机器人(1)的带动下对光学元件(4)进行平面面形子孔径拼接干涉测量，所述工具坐标系建立组件包括设置在工业机器人(1)旁的参考件(5)和基于参考件(5)进行校准的校准件(6)，所述校准件(6)包括能够安装在工业机器人(1)上的连接盘(61)和设置在连接盘(61)一侧的校准杆(62)，所述校准杆(62)的延伸方向与连接盘(61)的连接盘安装轴线(61a)平行，该校准杆(62)与连接盘(61)距离最远的一点为校准点(62a)；当干涉仪(2)安装在连接工装(3)上时，干涉仪(2)的光轴(2a)与连接工装(3)的连接工装安装轴线(3a)的间距等于校准点(62a)与连接盘安装轴线(61a)的间距，安装在干涉仪(2)前端的参考镜(7)前端面与连接工装(3)后端面的间距等于校准点(62a)与连接盘(61)后端面的间距。2.根据权利要求1所述的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：所述校准杆(62)通过连接支架(63)安装在连接盘(61)上，所述连接支架(63)包括同轴安装在连接盘(61)上的第一连接杆(631)以及两端分别与第一连接杆(631)和校准杆(62)连接的第二连接杆(632)。3.根据权利要求1所述的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：所述参考件(5)包括参考基座(51)以及竖向设置在参考基座(51)的参考杆(52)，所述参考杆(52)的上端部与校准杆(62)远离连接盘(61)的一端均为圆锥形结构，所述校准杆(62)圆锥结构的顶点为所述校准点(62a)。4.根据权利要求1所述的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：所述干涉仪(2)采用动态干涉仪。5.根据权利要求1所述的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：所述参考镜(7)通过二维调整镜架(8)安装在干涉仪(2)的前端。6.根据权利要求1所述的基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特征在于：在所述工业机器人(1)旁设置有用于支撑光学元件(4)的光学元件支撑机构(9)。7.一种基于机器人的平面面形子孔径拼接干涉测量方法，其特征在于，按照以下步骤进行：S1：建立工具...

【专利技术属性】
技术研发人员：李萌阳，曹庭分，蒋晓东，周海，张尽力，全旭松，易聪之，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51