非球面面形检测装置和方法制造方法及图纸

一种非球面面形检测装置，包括有成像系统（４）和计算机处理系统（５），其特征在于：还包括有光学投影系统（１）和精密旋转台（２），被测非球面零件（３）置于精密旋转台（２）之上，光学投影系统（１）与成像系统（４）相对而置，并光路连接，光学投影系统（１）与成像系统（４）另行固定，不随精密旋转台（２）的转动而转动，被测非球面零件（３）置于光学投影系统（１）和成像系统（４）之间，计算机处理系统（５）与成像系统（４）通过数据采集卡连接，计算机处理系统（５）还与精密旋转台（２）电信号连接，精密旋转台（２）是带有精密二维水平调节和分级旋转精度的旋转台；光学投影系统（１）包括一点光源和一套准直系统；成像系统（４）采用高分辨率的面阵ＣＣＤ相机，获取数字化的图像信息，经图像采集卡传输到计算机处理系统（５）上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学制造与检测
，主要涉及一种非球面面形检测的装置和方法，尤其是涉及一种用光学投影系统进行非球面面形检测的装置和方法，具体就是。
技术介绍
目前，国内外的非球面面形检测方法从原理上分主要有探针式轮廓法、几何光线检测法和干涉法。探针式轮廓法是用探针对被测面进行逐点扫描，测量速度慢，且测量精度受探针、运动机构等影响很大，不能测量抛光元件；几何光线检测法主要是刀口法，其结构简单、直观、灵敏度高但很难做定量测量；干涉法是高精度检测非球面面形的一种重要方法，它将一束平行光分束后，其中一束由被测非球面反射，另外一束由标准参考面反射，两束光相遇得到干涉图，然后经过图像处理和数据分析得到非球面测量结果，但是，此方法对光学系统要求特别严，受环境的影响也很大，而且数据处理的过程也相当复杂。专利技术人曾就本主题以非球面测量(检测)和投影为关键词，在中国专利文献库、中国期刊全文数据库、中国优秀博硕士学位全文数据库(CDMD)、万方中国科技成果数据库(CSTAD)、中国专利技术专利数据库(ZL)、中国科技论文统计分析数据库(CSTPC)、中国科技论文引文分析数据库(CSTPI)、中国科研机构数据库(CSI)、中国科技信息机构数据库(CSTII)、世界专利数据库、美国专利数据库、美国工程索引EI对本题进行了检索，均没有检索到类似装置结构和检测方法的相关文献。也未发现与本专利技术密切相关和一样的报道或文献。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述装置和方法存在的缺点，提供一种。应用此装置和投影法方法检测非球面面形，可以对光学系统和环境的要求较低，结构简单，而且数据处理快，便于实时在线检测。下面对本专利技术进行详细说明本专利技术的实现在于作为非球面面形检测装置，包括有成像系统和计算机处理系统，本专利技术还包括有光学投影系统和精密旋转台，被测非球面零件置于精密旋转台之上，光学投影系统与成像系统相对而置，并光路连接，光学投影系统与成像系统均通过一个具有高度调整和底座调整的独立架固定，不随精密旋转台的转动而转动，被测非球面零件置于光学投影系统和成像系统之间，计算机处理系统与成像系统通过数据采集卡连接，计算机处理系统还与精密旋转台电信号连接，精密旋转台是带有精密二维水平调节和分级旋转精度的旋转台；光学投影系统包括一种点光源和一套准直系统；成像系统采用高分辨率的面阵CCD相机，获取数字化的图像信息，经图像采集卡传输到计算机处理系统上。本专利技术将点光源经扩束准直后的平行光作为照明光源；将平行照明光经被测非球面后的投影轮廓图用高分辨率的面阵CCD相机拍摄并由图像采集卡传输到计算机上；辅以专用的控制软件，对精密旋转台进行旋转控制，获得多幅被测非球面的投影轮廓图，经计算机进行处理后，直接获得并显示被测非球面零件的参数。同时本专利技术还克服了传统的干涉法检测非球面所存在的诸多问题如测量系统结构复杂、数据处理算法复杂、测量易受环境震动和空气扰动等影响，也就是说采用干涉法要求被测光束与参考光束完全重合，才能得到很好的干涉条纹，这使得调节是非常复杂的，而且本装置需要在无空气流动和灰尘影响的隔震工作台上才能正常工作也因此工业上对于光学非球面面形的检测不能普及和广泛应用。而本专利技术的装置结构简单，只需要一束照明光即可，无需两束光的重合度调节，易于快速调节，同时，本专利技术的装置只需在普通的实验台上就可以正常工作，实现非球面面形的实时检测，简单而易行，便于工业化应用，便于推广，本专利技术还具有成本低、易于工业化实施应用、数据处理速度快等优点。由于非球面光学元件的诸多优点，近几年来非球面零件的应用十分广泛，许多企业为了保证产品的质量需要对非球面零件的面形进行检测，而进口的一套干涉法非球面面形检测仪超过100万人民币，国内的非球面面形检测装置还没有应用在实际生产中；而本装置只需几万就可以实现中低精度的非球面面形检测，易于工业化应用的实现。另外，干涉法检测非球面面形的算法需要对整个采集图像的干涉区域进行处理，属于面处理，处理的数据量非常大；而本专利技术只需将投影图像进行边缘检测后，对检测线进行处理即可得到非球面的面形信息，属于线处理，因此本专利技术的数据处理量大大减小，处理速度快，易于实现中低精度的在线检测。作为非球面面形检测方法，本专利技术的实现在于采用上述的非球面面形检测装置，具体的检测步骤包括有(一).将光学投影系统1、被测非球面零件和成像系统调整到同一轴线上；(二).成像系统与计算机处理系统上的图像采集卡用数据线相连；(三).调整精密旋转台使其处于水平位置，并将被测非球面零件置于精密旋转台上，调整光学投影系统1产生平行光；(四).光学投影系统产生的平行光照明放置在精密旋转台上的被测非球面零件(3)，平行光的光束直径大于被测非球面零件3的口径；(五).用成像系统对投影图像成像，由图像采集卡采集并保存到计算机处理系统上，通过图像滤波、边缘检测、边缘校正、被测非球面零件3的轴倾斜矫正和拟合算法，获得该被测非球面光学零件的拟合曲线数据；(六).由计算机控制精密旋转台逐次地旋转一个固定的角度，此角度根据被测件可在0-15度的范围内选定，并分别进行步骤(五)，依次获得所采集的多幅图像数据，采用图像处理、图像拼接和数据拟合算法，得到被测非球面的面形数据。本专利技术采用投影法对非球面零件的面形进行检测，并利用精密旋转台带动置于其上的被测件转动并逐个记录和采集被测件的轮廓图像数据，通过计算获得该被测非球面光学零件的拟合曲线数据并进一步获得被测非球面的面形数据，不仅测量原理简单，处理算法易于实现，而且测量精度能够满足中、低等非球面的精度要求。随着CCD相机的分辨率的提高，本专利技术的测量精度也会随之相应得到提高。由于本专利技术采用模块式的装置组成，用光学投影系统和成像系统搭配直接获取数字化的图像信息，利用计算机控制精密旋转台的旋转进行多视角，多方位的图像信息采集，同时针对不同类型的非球面采用不同的计算算法，有效地实现了投影法非球面面形检测的问题，也回避了采用干涉法所带来的对光学系统要求特别严，受环境的影响也很大，数据处理过程复杂，处理速度慢等问题。本专利技术提供了一种能在普通实验台上就可以正常工作，对光学系统要求精度不高，对环境的要求较低，结构简单、成本低、而且数据处理快，易于实时在线检测的投影法。附图说明附图是本专利技术的组成示意图。具体实施例方式实施例1如附图所示，本专利技术作为一种非球面面形检测装置，包括有光学投影系统1、精密旋转台2、成像系统4和计算机处理系统5，被测非球面零件3置于精密旋转台2之上，光学投影系统1与成像系统4相对而置，并光路连接，被测非球面零件3置于其间，光学投影系统1和成像系统4均通过一个具有高度可调整和底座可调整的独立支架固定。计算机处理系统5与成像系统4通过数据采集卡连接，数据采集卡就装在计算机的PCI扩展槽上，由数据电缆线相互连接。计算机处理系统5还与精密旋转台2电信号连接，精密旋转台2是带有精密二维水平调节和分级旋转精度的旋转台，并带有由计算机控制的电缆连接线。光学投影系统1由一点光源和一套准直系统构成，点光源为白光点光源。为了保证检测和质量和数据处理的兼容性，成像系统4采用高分辨率的面阵CCD相机进行拍摄，获取数字化的图像信息，经图像采集卡传输到计算机上，再由计算机控制精密旋转台2逐次旋转一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非球面面形检测装置，包括有成像系统（４）和计算机处理系统（５），其特征在于：还包括有光学投影系统（１）和精密旋转台（２），被测非球面零件（３）置于精密旋转台（２）之上，光学投影系统（１）与成像系统（４）相对而置，并光路连接，光学投影系统（１）与成像系统（４）另行固定，不随精密旋转台（２）的转动而转动，被测非球面零件（３）置于光学投影系统（１）和成像系统（４）之间，计算机处理系统（５）与成像系统（４）通过数据采集卡连接，计算机处理系统（５）还与精密旋转台（２）电信号连接，精密旋转台（２）是带有精密二维水平调节和分级旋转精度的旋转台；光学投影系统（１）包括一点光源和一套准直系统；成像系统（４）采用高分辨率的面阵ＣＣＤ相机，获取数字化的图像信息，经图像采集卡传输到计算机处理系统（５）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田爱玲，王红军，刘丙才，朱新亚，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：87