超米级平面元件面形拼接检测装置制造方法及图纸

一种超米级平面元件面形拼接检测装置，包括：干涉仪、二维移动拼接平台、机械辅助搬运系统、光学平台、电气控制系统和计算机，通过机械辅助搬运系统将待测平面反射镜放置于二维移动拼接平台上，干涉仪的部分出射光经TF标准镜的后表面反射形成参考光束，另一部分透过TF标准镜经待测样品反射形成测量光束，参考光束和测量光束沿原光路返回形成清晰的明暗相间的干涉条纹；计算机对干涉条纹进行解包获得待测样品在该子孔径区域的面形误差；通过电气控制系统控制二维拼接平台，将待测件移动至下一子孔径位置，并且与上一子孔径保持部分重叠，重复上述测量步骤直至完成对所有子孔径区域面形误差的测量，使用拼接软件计算得到待测样品全口径面形误差。全口径面形误差。全口径面形误差。

【技术实现步骤摘要】
超米级平面元件面形拼接检测装置


[0001]本专利技术属于光学测量
，特别是一种超米级平面元件面形拼接检测装置。

技术介绍

[0002]随着空间观测望远镜系统、极紫外光刻机、高能固体激光装置、同步辐射以及自由电子激光器的发展，现代光学元件制造技术正在向多功能、精密化为特点的大型、巨型光学系统方向发展，大口径平面光学元件的需求激增。高精度面形检测技术是研制高质量、大口径平面光学元件的先决条件。在2000年美国Zygo公司就推出了大口径波长相移激光干涉仪，目前商业化的最大口径干涉仪是该公司生产的32吋大口径激光干涉仪，但是对于口径超过1m的光学平面镜，无法用商用大口径干涉仪实现全口径面形测量。
[0003]子孔径拼接技术是目前应用较多的大尺寸光学镜面检测方法，它克服了大口径干涉仪测量口径的限制，其基本原理是根据干涉仪的口径尺寸将被测面划分为若干子区域，每个区域用干涉仪分别进行测量，再将每个部分测量数据按一定方法组合运算，重构出被测面全部面形。该方法不受干涉仪口径限制，可以实现高精度、高分辨率测量。
[0004]2003年美国QED公司最早开发了子孔径拼接工作站，2015年Zygo公司也推出了商业扫描拼接干涉仪，但是其测量口径均没有超过1m。2007年美国亚利桑那大学将子孔径拼接技术应用于大尺寸抛光镜面的检测，利用ESDI公司的瞬态相移干涉仪、离轴抛物面准直镜和1m参考平面建立测量拼接架，实现了1.6m平面镜面形误差的测量，该系统装置构建复杂且基于旋转拼接的方法仅适用于圆形光学元件的测量。2013年，英国David Walker教授的课题组针对加工E
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ELT(European Extremely Large Telescope)主镜片的1.2m抛光机，环绕其周围建立了10m高的在位测量架，可实现全口径面形零位干涉测量，该系统同样构建复杂且仅适用于圆形光学元件的测量，测量精度有限。
[0005]目前大口径干涉仪的测量口径最大只有800mm，无法满足全口径面形误差的测量。为解决超米级平面反射镜全口径面形误差检测的问题，需要研制一套超米级平面光学元件面形误差拼接检测平台。
[0006]专利申请号“CN200810113460.X”公开了一种大口径抛物面镜的检测系统，该系统是针对大口径抛物面镜的测量，而非超米级平面镜。中国专利申请号“CN201110344363.3”公开了一种检测大口径光学系统波前的装置，设计的装置针对大口径光学系统波前的测量。中国专利申请号“CN201310098554.5”公开了一种基于子孔径拼接的高精度平面光学元件面型检测方法，该方法是基于小口径干涉仪和二维平移台检测大口径平面光学元件的面形，也不能应用于超米级平面光学元件检测。中国专利申请号“CN201610260395.8”公开了米级光栅衍射波前拼接检测装置，所设计的拼接平台只可实现一维拼接，拼接口径限制在1.4m。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种超米级平面元件面形拼接检测装
置，通过二维子孔径拼接，可实现对角线尺寸2m以上大口径元件的全口径高精度拼接检测，实现超米级光学平面元件面形误差的精确测量。
[0008]本专利技术的技术解决方案如下：
[0009]一种超米级平面元件面形拼接检测装置，包括：干涉仪、机械辅助搬运系统、供待测平面反射镜放置的二维拼接平台、供干涉仪放置的光学平台、电气控制系统和计算机，所述的电气控制系统通过电缆分别与所述的二维拼接平台和机械辅助搬运系统相连；所述的计算机通过数据线分别与所述的电气控制系统与干涉仪相连；其特点在于，
[0010]所述的机械辅助搬运系统，用于将待测平面反射镜放置在所述的二维移动拼接平台上；
[0011]所述的干涉仪的出射光，一部分经所述的干涉仪的TF标准镜的后表面反射，形成参考光束，另一部经所述的干涉仪的TF标准镜透射后，经所述的待测平面反射镜反射，形成测量光束；所述的参考光束和测量光束沿原光路返回，形成清晰的明暗相间的干涉条纹；
[0012]所述的电气控制系统，用于控制所述的二维拼接平台移动，使待测平面反射镜移动至下一子孔径位置，且确保当前子孔径与上一子孔径保持部分重叠，重叠区域大于子孔径25％；
[0013]所述的计算机，用于对所述的干涉条纹进行解包处理，获得待测平面反射镜所有子孔径区域的面形误差，并通过拼接软件计算得到待测样品全口径面形误差。
[0014]进一步，所述的干涉仪的口径为800mm，横向分辨率为0.4mm，所述TF标准镜的直径可调节，面形精度峰谷PV值应小于待测平面反射镜面形峰谷值PV值的三分之一。
[0015]进一步，所述的二维移动拼接平台，包括：大理石底座、全闭环X向精密位移气浮滑台、全闭环Z向精密位移气浮滑台、Z向自动平衡电子配重、IPC控制系统、绝对值光栅尺和全闭环精密气动系统；所述的大理石底座与全闭环X向精密位移气浮滑台连接，大理石底座通过全闭环精密气动系统与全闭环X向精密位移气浮滑台底座连接，全闭环Z向精密位移气浮滑台通过旋转轴与全闭环X向精密位移气浮滑台底座连接，Z向自动平衡电子配重通过螺栓与全闭环Z向精密位移气浮滑台连接，IPC控制系统通过电缆与电机连接，绝对值光栅尺分别安装于X向与Z向导轨侧面，与伺服电机做闭环控制，实现精确、微距位移。
[0016]进一步，所述的拼接平台的台面高度不超过500mm，确保待测平面反射镜的中心高度与干涉仪中心高度一致。
[0017]进一步，所述的全闭环X向精密位移气浮滑台和全闭环Z向精密位移气浮滑台在全行程内绝对定位分解精度优于20μm，俯仰和偏摆误差分解精度优于20μm。
[0018]进一步，所述的气浮导轨通过伺服电机和光栅尺组成闭环系统，实现高精度位移定位。
[0019]进一步，所述的Z向自动平衡电子配重是通过抱闸的伺服电机、行星减速机、精密齿轮组成。
[0020]与现有技术相比，本专利技术优点在于：
[0021]1、本专利技术装置使用高精度二维子孔径拼接技术，扩展了面形拼接范围，将可测量的平面光学元件全口径对角线尺寸拓展至2米以上。
[0022]2、通过调整干涉仪扩束系统与TF标准透射镜可改变本专利技术装置的拼接口径尺寸，小口径装置可满足成本节约条件，大口径装置可满足效率优先条件。
[0023]3、本专利技术装置避免移动干涉仪位置，通过移动待测元件实现了二维方向上的扫描测量，可以实现高测量稳定性，RMS值的重复性可达到1/1000λ。
附图说明
[0024]图1是本专利技术超米级平面光学元件拼接检测装置示意图。
[0025]图2是本专利技术超米级平面光学元件拼接检测原理图；
[0026]图3是测量子孔径的位置示意图；
[0027]图4是超米级平面光学元件拼接后的全口径面形误差。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0029]图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超米级平面元件面形拼接检测装置，包括：干涉仪、机械辅助搬运系统、供待测平面反射镜放置的二维拼接平台、供干涉仪放置的光学平台、电气控制系统和计算机，所述的电气控制系统通过电缆分别与所述的二维拼接平台和机械辅助搬运系统相连；所述的计算机通过数据线分别与所述的电气控制系统与干涉仪相连；其特征在于，所述的机械辅助搬运系统，用于将待测平面反射镜放置在所述的二维移动拼接平台上；所述的干涉仪的出射光，一部分经所述的干涉仪的TF标准镜的后表面反射，形成参考光束，另一部经所述的干涉仪的TF标准镜透射后，经所述的待测平面反射镜反射，形成测量光束；所述的参考光束和测量光束沿原光路返回，形成清晰的明暗相间的干涉条纹；所述的电气控制系统，用于控制所述的二维拼接平台移动，使待测平面反射镜移动至下一子孔径位置，且确保当前子孔径与上一子孔径保持部分重叠，重叠区域大于子孔径25％；所述的计算机，用于对所述的干涉条纹进行解包处理，获得待测平面反射镜所有子孔径区域的面形误差，并通过拼接软件计算得到待测样品全口径面形误差。2.根据权利要求1所述的超米级平面元件面形拼接检测装置，其特征在于，所述的干涉仪的口径为800mm，横向分辨率为0.4mm，所述TF标准镜的直径可调节，面形精度峰谷PV值应小于待测平面反射镜面形峰谷值PV值的三分之一。3.根据权利要求1所述的超米级平面元件面形拼接检测装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世杰，白云波，鲁棋，张嘉怡，魏朝阳，胡晨，晋云霞，邵建达，
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：