平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法，装置包括干涉仪、干涉仪拼接位移台、干涉仪倾斜调整台、被测件拼接位移台、被测件倾斜调整台、被测件，支撑平台及控制系统。本发明专利技术具有子孔径定位精度高、测量精度高和全自动测量的优点。

Planar surface subaperture stitching interference measuring device and measuring method

A plane surface shape of sub aperture stitching interferometric measuring device and method, device including interferometer, stitching interferometer displacement interferometer, Taiwan Taiwan tilt adjustment and the tested piece splicing displacement table, the measured tilt adjustment table, to be measured, the support platform and control system. The invention has the advantages of high positioning accuracy of the subaperture, high measurement accuracy and full automatic measurement.

【技术实现步骤摘要】
平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法
本专利技术涉及平面面形干涉测量领域，特别是一种平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法。
技术介绍
子孔径拼接干涉测量技术能够以低成本实现大口径光学元件的测量，同时保留了小口径测量的高空间分辨率和高精度。1982年美国Arizona大学光学中心的C.J.Kim首先提出子孔径拼接干涉测量的概念(1.【C.Kim,J.Wyant.Subaperturetestofalargeflatorafastasphericsurface[J].Opt.Soc.Am.,1981,71:1587】)。1985年T.W.Stuhlinger提出离散相位法，用在子孔径上分布的大量离散点的光学相位测量值来描述波前，该思想是子孔径测试发展的一个新的里程碑，是后来子孔径测试方法的雏形(2.【TilmanW.Stuhlinger.Subapertureopticaltesting:experimentalverification[C].SPIE,1986,656:118～127】)。1997年M.Bray研制的拼接干涉仪成功应用于国家点火装置(NationalIgnitionFacility,NIF)和LaserMegaJoule等ICF系统中(3.【M.Bray.Stichinginterferometerforlargeplanoopticsusingastandardinterferometer[C].SPIE,1997,3134:39～50】和4.【M.Bray.StitchingInterferometry:SideeffectsandPSD[C].SPIE,1999,3782:443～452】)。2003年后，美国QED公司，英国Zeeko公司相继开发出商用的子孔径拼接工作站，能够测量平面、球面、非球面面形，测量口径可达到200mm(5.【MarcTricard,GregForbes,PaulMurphu.Subaperturemetrologytechnologiesextendcapabilitiesinopticsmanufacturing.Proc.ofSPIE,5965:0B1～0B11】和6.【ChristopherW.King,MatthewBibby.Developmentofametrologyworkstationforfull-apertureandsubaperturestitchingmeasurements[C].ProcediaCIRP,2014,359～364】)。在国内，子孔径测试技术的研究开始于上个世纪90年代初，长春光机所、南京理工大学、上海光机所、上海大学、国防科技大学等科研单位对其做了大量研究和实验，主要用于大口径平面、球面及非球面光学元件的检测。对于大口径元件拼接检测，由于子孔径数量较多，子孔径拼接测量系统的检测精度会受到拼接累积误差、单个子孔径面形检测精度等多种因素影响。朱鹏辉，唐锋等提出了一种提高子孔径拼接测量系统拼接检测精度的方法(7.【朱鹏辉，唐锋，卢云君等，一种高精度平面子孔径拼接检测方法，中国专利技术专利申请201610223513.8】)，主要用于抑制平面子孔径拼接累积误差。但是，单个子孔径的测量误差也会在拼接过程中累积，提高单个子孔径的检测精度是实现高精度拼接的前提条件。而对子孔径拼接测量系统，单个子孔径的测量精度会受到拼接位移台的俯仰偏摆误差造成的干涉条纹数量变化、拼接位置变化、标准镜面形等多种因素的影响，例如，当干涉条纹较多时，由于干涉仪回程误差的影响，会在单个子孔径面形检测结果中引入彗差；由于拼接位移台的俯仰和偏摆，也会使单个子孔径拼接位置偏离理想拼接位置，引入测量误差。这些误差因素在现有拼接检测技术中并未考虑，影响单个子孔径测量精度，提高单个子孔径拼接测量精度需要拼接测量装置结构和测量方法两方面结合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于大口径平面元件的平面面形子孔径拼接干涉测量装置和测量方法，该装置具有子孔径定位精度高、测量精度高和全自动测量的优点。本专利技术的技术解决方案如下：一种平面面形子孔径拼接干涉测量装置，其特点在于，包括：干涉仪、干涉仪拼接位移台、干涉仪倾斜调整台、待测件拼接位移台、待测件倾斜调整台、待测件、支撑平台及控制系统；所述的干涉仪包含平面标准镜及标准镜倾斜调整架；所述的平面标准镜的参考面所在平面为XY平面，所述的干涉仪输出准直光束方向为Z方向，XY平面与Z方向垂直，X方向与Y方向在XY平面内相互垂直；所述的干涉仪拼接位移台是沿X方向运动的一维线性电动位移台；所述的干涉仪倾斜调整台是具有绕X和Y方向旋转微调节功能的二维电动倾斜调节台；所述的待测件拼接位移台是沿Y方向运动的一维线性电动位移台；所述的待测件倾斜调整台是具有绕X和Y方向旋转微调节功能的二维电动倾斜调节台；所述的干涉仪倾斜调整台安装在干涉仪拼接位移台的工作台面上；所述的干涉仪安装于干涉仪倾斜调整台上；所述的待测件倾斜调整台安装于待测件拼接位移台上；所述的待测件放置于待测件倾斜调整台上；所述的干涉仪拼接位移台和待测件拼接位移台安装于支撑平台上；所述的平面标准镜安装于标准镜倾斜调整架上；所述的干涉仪的出射光垂直入射在待测件的待测面上；所述的干涉仪拼接位移台和待测件拼接位移台通过组合线性移动，可以使干涉仪的测量光斑覆盖待测件的待测面全口径；所述的控制系统是计算机及配套驱动控制电路，该控制系统通过电缆分别与所述的干涉仪、干涉仪拼接位移台、干涉仪倾斜调整台、待测件拼接位移台、待测件倾斜调整台连接并控制其工作。利用上述平面面形子孔径拼接干涉测量装置进行大口径平面面形拼接测量的方法，其特征在于包含下述步骤：1)将所述的待测件置于所述的待测件拼接位移台上，使所述的待测件的待测面与所述的平面标准镜的参考面相对，调节所述的标准镜倾斜调整架，使所述的平面标准镜的参考面与所述的干涉仪的输出光垂直；2)调节干涉仪拼接位移台，使所述的平面标准镜位于所述的待测件的X方向的第1个拼接测量位置；3)调节待测件拼接位移台，使所述的平面标准镜位于所述的待测件的Y方向的第1个拼接测量位置；4)调节待测件倾斜调整台，使所述的干涉仪观测到干涉条纹，并且干涉条纹最少；所述的控制系统控制所述的干涉仪对待测件的第1子孔径面形进行测量，干涉仪3测量结果即为该子孔径面形数据S1,1送所述的控制系统并保存，S1,1第一个下标1表示该子孔径是X方向第1个拼接测量位置，S1,1第二个下标1表示该子孔径是Y方向第1个拼接测量位置；5)所述的控制系统控制待测件拼接位移台移动，使所述的待测件Y方向的下一个拼接测量位置对准所述的干涉仪；所述的控制系统控制所述的干涉仪，对待测件的该子孔径面形进行测量，干涉仪测得面形及该面形的Z2和Z3项(X倾斜和Y倾斜)Zernike系数a2、a3，所述的控制系统根据Zernike系数a2、a3与XY两个倾斜方向倾斜角的关系，计算待测件倾斜调整台在XY两个倾斜方向应调节的倾斜角，并控制待测件倾斜调整台反向调节这两个角度，使得干涉条纹数最少；然后所述的控制系统控制干涉仪对待测件6的该子孔径面形再次进行测量，得到该子孔径面形数据Si,j送所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面面形子孔径拼接干涉检测装置，其特征在于，包括：干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、被测件拼接位移台(4)、被测件倾斜调整台(5)、被测件(6)、支撑平台(7)和控制系统(8)；所述的干涉仪(3)包含平面标准镜(3‑2)和标准镜倾斜调整架(3‑1)；所述的平面标准镜(3‑2)的参考面所在平面为XY平面，所述的干涉仪(3)输出的准直光束的方向为Z方向，XY平面与Z方向垂直，X方向与Y方向在XY平面内相互垂直；所述的干涉仪拼接位移台(1)是沿X方向运动的一维线性电动位移台；所述的干涉仪倾斜调整台(2)是具有绕X和Y方向旋转微调节功能的二维电动倾斜调节台；所述的被测件拼接位移台(4)是沿Y方向运动的一维线性电动位移台；所述的被测件倾斜调整台(5)是具有绕X和Y方向旋转微调的二维电动倾斜调节台；所述的干涉仪倾斜调整台(2)安装在干涉仪拼接位移台(1)的工作台面上；所述的干涉仪(3)安装在所述的干涉仪倾斜调整台(2)上；所述的被测件倾斜调整台(5)安装在所述的被测件拼接位移台(4)上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和被测件拼接位移台(4)安装在所述的支撑平台(7)上；所述的平面标准镜(3‑2)安装在所述的标准镜倾斜调整架(3‑1)上；所述的干涉仪(3)的出射光垂直入射在待测件(6)的待测面上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和待测件拼接位移台(4)通过组合线性移动，所述的干涉仪3的测量光斑覆盖待测件(6)的待测面全口径；所述的控制系统(8)包括计算机及配套驱动控制电路，所述的控制系统(8)分别通过电缆与所述的干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、待测件拼接位移台(4)、待测件倾斜调整台(5)连接并控制其工作。...

【技术特征摘要】
1.一种平面面形子孔径拼接干涉检测装置，其特征在于，包括：干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、被测件拼接位移台(4)、被测件倾斜调整台(5)、被测件(6)、支撑平台(7)和控制系统(8)；所述的干涉仪(3)包含平面标准镜(3-2)和标准镜倾斜调整架(3-1)；所述的平面标准镜(3-2)的参考面所在平面为XY平面，所述的干涉仪(3)输出的准直光束的方向为Z方向，XY平面与Z方向垂直，X方向与Y方向在XY平面内相互垂直；所述的干涉仪拼接位移台(1)是沿X方向运动的一维线性电动位移台；所述的干涉仪倾斜调整台(2)是具有绕X和Y方向旋转微调节功能的二维电动倾斜调节台；所述的被测件拼接位移台(4)是沿Y方向运动的一维线性电动位移台；所述的被测件倾斜调整台(5)是具有绕X和Y方向旋转微调的二维电动倾斜调节台；所述的干涉仪倾斜调整台(2)安装在干涉仪拼接位移台(1)的工作台面上；所述的干涉仪(3)安装在所述的干涉仪倾斜调整台(2)上；所述的被测件倾斜调整台(5)安装在所述的被测件拼接位移台(4)上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和被测件拼接位移台(4)安装在所述的支撑平台(7)上；所述的平面标准镜(3-2)安装在所述的标准镜倾斜调整架(3-1)上；所述的干涉仪(3)的出射光垂直入射在待测件(6)的待测面上；所述的干涉仪拼接位移台(1)和待测件拼接位移台(4)通过组合线性移动，所述的干涉仪3的测量光斑覆盖待测件(6)的待测面全口径；所述的控制系统(8)包括计算机及配套驱动控制电路，所述的控制系统(8)分别通过电缆与所述的干涉仪(3)、干涉仪拼接位移台(1)、干涉仪倾斜调整台(2)、待测件拼接位移台(4)、待测件倾斜调整台(5)连接并控制其工作。2.利用权利要求1所述的平面面形子孔径拼接干涉检测装置进行大口径平面面形拼接的测量方法，其特征在于该方法包含下述步骤：1)将所述的待测件(6)置于所述的待测件拼接位移台(4)上，使所述的待测件(6)的待测面与所述的平面标准镜(3-2)的参考面相对，调节所述的标准镜倾斜调整架(3-1)，使所述的平面标准镜(3-2)的参考面与所述的干涉仪(3)的输出光垂直；2)调节所述的干涉仪拼接位移台(1)，使所述的平面标准镜(3-2)位于所述的待测件(6)的X方向的第1个拼接测量位置；3)调节所述的待测件拼接位移台(4)，使所述的平面标准镜(3-2)位于所述的待测件(6)的Y方向的第1个拼接测量位置；4)调节所述的待测件倾斜调整台(5)，使所述的干涉仪(3)观测到干涉条纹，并且干涉条纹最少；所述的控制系统(8)控制所述的干涉仪(3)对所述的待测件(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐锋，卢云君，郭福东，王向朝，张国先，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31