一种自由曲面在线实时检测方法及装置制造方法及图纸

一种自由曲面在线实时检测方法及装置。主要解决了现有技术无法在自由曲面通过光学元件在线实时检测的问题。本发明专利技术提供一种自由曲面在线实时检测方法及装置，采用光学相干层析技术和加工控制系统相配合，本检测装置可便捷地安装在被测样品加工设备的刀具轴平台上，与加工设备系统联动配合，使得测量光束可扫描覆盖被测样品全口径，实现全面形测量，无需拼接就能实时在线地获取全部面形数据，同时不受被测样品表面梯度的限制，具有结构紧凑，装卸便捷、灵活等优点，另外无需取下工件，可将检测结果直接反馈给加工设备控制系统，进行合理补偿修复加工面形，提高加工生产质量，降低废品率。

An online real-time detection method and device for free form surface

A method and device for on-line real-time detection of free-form surfaces. It mainly solves the problem that the existing technology can not detect the optical elements on-line on the free-form surface in real time. The invention provides an on-line and real-time measuring method and device for free-form surface. The measuring device can be conveniently installed on the tool-axis platform of the sample processing equipment and coordinated with the processing equipment system by using the optical coherence tomography technology and the processing control system, so that the measuring beam can scan and cover the sample under test. Full-bore, full-scale measurement, without splicing can be real-time online access to all surface data, while not limited by the surface gradient of the sample under test, with compact structure, convenient loading and unloading, flexible and other advantages, in addition to no need to remove the workpiece, the test results can be directly fed back to the processing equipment control system, reasonable. To compensate and repair the surface shape, improve the quality of production and reduce the reject rate.

【技术实现步骤摘要】
一种自由曲面在线实时检测方法及装置
本专利技术涉及光学在机测量
,具体涉及一种自由曲面在线实时检测方法及装置。
技术介绍
随着光学自由曲面的加工精度越来越高、制造工艺越来越成熟，光学自由曲面的应用范围也越来越广。同时，光学自由曲面的精确检测，已经成为了光学检测行业越来越急待解决的难题。现有技术对自由曲面的精确、快速测量具有较大难度。比如非干涉检测法中，目前应用最成熟的三坐标测量法CMM或者轮廓仪法，属于接触式的测量方法，需要多次扫描，无法一次得到被测件面形数据，测量时间长、速度慢，测量精度不高，在测量过程中还可能划伤表面，不能较好的解决测量精度与速度之间的矛盾，并不适合对成像元件表面进行测量。而干涉法是目前公认的检测光学元件面形最准确、最有效的手段，它属于非接触式测量，不会对待测量表面造成任何损伤，且可以实现全口径同步测量，测量速度快、精度高，能检测面形波长量级的变化。然而传统干涉测量方法在检测光学非球面特别是光学自由曲面的时候表现了很大局限性，不能进行在线实时检测，如何根据自由曲面的特点进行改进干涉测量方法是现今国内外对自由曲面光学元件面形测量的研究热点，而如何在自由曲面元件加工过程中实现在线实时监测、补偿，高效率高精度高质量完成自由曲面元件的加工也是大家一直所梦寐以求的。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
的不足，本专利技术提供一种自由曲面在线实时检测方法及装置，主要解决了现有技术无法在自由曲面通过光学元件在线实时检测的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种自由曲面在线实时检测装置，包括底座，所述底座上设有用于与光信号处理单元连接的扫描系统单元，所述扫描系统单元包括扫描器，所述扫描器一端用于接收由光信号处理单元，发射的测量光束；所述扫描器内设有可自转的第一反射振镜和可自转的第二反射振镜，所述第一反射振镜的自转轴与第二反射振镜的自转轴相对垂直设置；所述扫描器内还设有物镜和用于将测量光束反射到被测样品表面的分束镜；所述第一反射振镜、第二反射振镜、物镜和分束镜均设于测量光束所在的光路上。一种使用根据上述的一种自由曲面在线实时检测装置的自由曲面在线实时检测方法，包括以下步骤：步骤一，通过光信号处理单元发射的测量光束，通过多模光纤跳线和光纤准直器准入扫描器；步骤二，扫描器内的光纤准直器耦合测量光束，将测量光束入射到第一反射振镜上，然后反射到第二反射振镜上，通过第二反射振镜反射且垂直透射物镜照射到分束镜，然后反射到被测样品表面上；步骤三，测量光束在被测样品表面上经反射原路返回到光信号处理单元，光信号处理单元通过光信号处理单元将探测样品的返回光信号Is与处理单元内建的参考光信号进行Ir进行干涉，得到干涉强度其中，k是所用光源的波数，△l是样品探测点到标准参考面的距离；步骤四，通过控制旋转第一反射振镜和第二反射振镜将扫描点在被测样品表面二维扫描，得到各点的干涉强度,经OCT成像技术获得检测图像，最后通过数据分析和图像处理技术高精度重构被测样品的面形。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种自由曲面在线实时检测方法及装置，采用光学相干层析技术和加工控制系统相配合，本检测装置可便捷地安装在被测样品加工设备的刀具轴平台上，与加工设备系统联动配合，使得测量光束可扫描覆盖被测样品全口径，实现全面形测量，无需拼接就能在线实时地获取全部面形数据，同时不受被测样品表面梯度的限制，具有结构紧凑，装卸便捷、灵活等优点，另外无需取下工件，可将检测结果直接反馈给加工设备控制系统，进行合理补偿修复加工面形，提高加工生产质量，降低废品率。附图说明图1为本专利技术一个实施例的结构示意图。图2为本专利技术一个实施例的结构剖视图。图3为图2中A处的放大示意图。图中，1、光信号处理单元；2、扫描系统单元；3、监控系统单元；5、被测样品；6、样品加工机床；7、测量光束；8、多模光纤跳线；9、光纤准直器；101、可见光束；21、扫描器；206、第二反射振镜；207、物镜；210、分束镜；211、第一反射振镜；302、透镜套筒；304、图像传感器CCD相机；10、底座；403、工作台；601、刀具轴平台；602、工件轴平台；2021、电机。具体实施方式下面结合附图对专利技术作进一步说明：如图所示，一种自由曲面在线实时检测装置，包括底座10，所述底座上设有用于与光信号处理单元1连接的扫描系统单元2，所述扫描系统单元2包括扫描器21，所述扫描器一端用于接收由光信号处理单元1发射的测量光束7；所述扫描器内设有可自转的第一反射振镜211和可自转的第二反射振镜206，所述第一反射振镜的自转轴与第二反射振镜的自转轴相对垂直设置；所述扫描器内还设有物镜207和用于将测量光束7反射到被测样品5表面的分束镜209；所述第一反射振镜211、第二反射振镜206、物镜207和分束镜209均设于测量光束7所在的光路上。作为可选方案之一，光信号处理单元主要包括低相干光源、光敏探测器、参考镜、数字信号处理器(DSP)等应用较成熟的光学相干断层扫描技术(OCT)核心硬件，可自定义输出波长λ的入射测量光。所述光信号处理单元和扫描系统单元之间通过阶跃折射率多模光纤跳线与光纤准直器组合传播测量光束，光纤跳线端部都镀有增透膜，可以提高透光率并改善光纤与自由空间界面的回波损耗，光纤准直器具有多个自由度旋转调节对准，可将入射测量光束和回程的反射光束稳定地耦合准入多模光纤中。所述扫描系统单元主要包括扫描器，扫描器包括两个轴向相互垂直的振镜，通过两个振镜的旋转实现一定范围的光束扫描，所述物镜、分束镜、振镜系统与被测样品表面一起构成一个远心光路的扫描系统。所述装置可便捷地安装于被测样品在线加工设备平台中，一般安装于加工设备的刀具轴平台上，与加工系统一起联动，具备独立扫描检测和联动扫描检测两种模式，测量动态范围大，可适合各种口径大小的样品检测。被测样品表面不局限于自由曲面，同样适用于平面、球面、非球面，所述被测样品材料可以是玻璃、光学塑料、金属、半导体等非吸光性材料。监控系统单元的光路为可见光束101经被测样品5表面反射后，分别穿透分束镜210、透镜套筒透镜至图像传感器CCD相机304上进行成像。作为可选方案之一，独立扫描检测模式实现方式是，通过可升降的工作台竖直方向的调节和所述样品加工机床6工件轴平台602水平方向的调节以及所述监控系统单元3对被测样品5表面的监控，实现测量光束7在被测样品5表面初始测量位置校准后，被测样品5保持静止状态，通过所述扫描系统单元2的旋转扫描，实现测量光束7在被测样品5表面自定义地线性或非线性扫描检测，所述独立扫描检测模式适用于被测样品5表面口径大小在扫描器21的扫描范围内，可减少因样品加工机床6加工平台的移动误差给检测系统带来的影响。作为可选方案之一，联动扫描检测模式实现方式是，通过可升降的工作台竖直方向的调节和所述样品加工机床6工件轴平台602水平方向的调节以及所述监控系统单元3对被测样品5表面的监控，实现测量光束7在被测样品5表面初始测量位置校准后，通过所述光信号处理单元1控制所述扫描系统单元2实现测量光束7以自定义角度固定入射扫描的同时，样品加工机床6控制工件轴平台602使得安装在工件轴平台602上的被测样品5进行相对地横向移动和旋转，实现测量光束7在被测样品5表面全方位地扫描检测，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由曲面在线实时检测装置，包括底座(10)，其特征在于：所述底座上设有用于与光信号处理单元(1)连接的扫描系统单元(2)，所述扫描系统单元(2)包括扫描器(21)，所述扫描器一端用于接收由光信号处理单元(1)发射的测量光束(7)；所述扫描器内设有可自转的第一反射振镜(211)和可自转的第二反射振镜(206)，所述第一反射振镜的自转轴与第二反射振镜的自转轴相对垂直设置；所述扫描器内还设有物镜(207)和用于将测量光束(7)反射到被测样品(5)表面的分束镜(210)；所述第一反射振镜(211)、第二反射振镜(206)、物镜(207)和分束镜均设于测量光束(7)所在的光路上。

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面在线实时检测装置，包括底座(10)，其特征在于：所述底座上设有用于与光信号处理单元(1)连接的扫描系统单元(2)，所述扫描系统单元(2)包括扫描器(21)，所述扫描器一端用于接收由光信号处理单元(1)发射的测量光束(7)；所述扫描器内设有可自转的第一反射振镜(211)和可自转的第二反射振镜(206)，所述第一反射振镜的自转轴与第二反射振镜的自转轴相对垂直设置；所述扫描器内还设有物镜(207)和用于将测量光束(7)反射到被测样品(5)表面的分束镜(210)；所述第一反射振镜(211)、第二反射振镜(206)、物镜(207)和分束镜均设于测量光束(7)所在的光路上。2.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测装置，其特征在于：还包括所述监控机构(3)，所述监控机构(3)包括用于与被测样品(5)对应设置的图像传感器CCD相机(304)。3.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测装置，其特征在于：还包括可升降的工作台(403)，所述底座设于所述工作台上。4.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测方法及装置，其特征在于：所述扫描器内设有光纤准直器(9)，所述光纤准直器(9)通过多模光纤跳线(8)与光信号处理单元(1)连接。5.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测方法及装置，其特征在于：还包括用于安装工件的加工机床(6)，所述加工机床上设有用于带动工件转动的传动轴。6.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测方法及装置，其特征在于：所述扫描器上还设有用于带动所述第一反射振镜(211)、第二反射振镜(206)转动的电机(2021)。7.根据权利要求1所述的一种自由曲面在线实时检测方法及装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海华，厉以宇，朱德喜，陈浩，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33