一种离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，包括：利用激光跟踪仪的测量结果，确定初始参数信息；搭建检测光路；计算得到在检测光路下激光跟踪仪靶球A与计算全息片A面中心的距离；对待加工离轴非球面反射镜进行加工；在每次加工后，进行加工过程中的面形检测，得到每次加工后的离轴非球面反射镜的面形误差；当面形误差满足设定阈值时，进行面形终检，得到最终加工面形对应的实际顶点曲率半径。本发明专利技术在全息计算干涉检测的基础上利用激光跟踪仪，解决了离轴非球面反射镜面形精度和离焦量的快速同步高精度测量问题，在加工过程中严格限定离轴非球面反射镜在检测光路中的位置，提供包含准确几何参数误差的面形误差指导加工。差指导加工。差指导加工。

【技术实现步骤摘要】
一种离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法


[0001]本专利技术属于超精密光学检测
，尤其涉及一种离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法。

技术介绍

[0002]先进光学系统设计中离轴非球面的应用为设计提供了更加灵活的设计自由度，并且可以简化系统结构，提高成像质量，因此在航空、航天以及天文光学领域都有重要的应用价值。离轴非球面的顶点曲率半径以及离轴量等几何参数对光学系统最终成像质量有重要影响，是加工及检测中需要重点关注的指标。由于离轴非球面设计的多样性，其加工与检测的难度显著大于同轴光学元件。在粗抛光阶段，基于轮廓仪的检测方法其测试精度、误差分离精度和重复定位精度较低，因而无法精确获取离轴量误差，必须在精抛光阶段采取进一步控制措施。然而，在精抛光阶段采用干涉法检测面形误差时往往容易关注干涉条纹的像差而忽略了离焦量的检测，导致最后光学系统装调时出现较大系统级误差。因此，亟需一种通用性好且同时兼顾检测精度和效率的离轴非球面反射镜离焦量检测方法，为高精度加工提供准确依据。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术解决问题：克本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，其特征在于，包括：利用激光跟踪仪(1)的测量结果，确定初始参数信息；其中，初始参数信息包括：在反射镜坐标系下激光跟踪仪靶球A与待加工离轴非球面反射镜(2)的离轴非球面顶点的距离Ra，在反射镜坐标系下激光跟踪仪靶球A的空间位置S0，以及，在计算全息片坐标系下激光跟踪仪靶球B、激光跟踪仪靶球C和激光跟踪仪靶球D的空间位置S1、S2和S3；基于待加工离轴非球面反射镜(2)、计算全息片(3)和干涉仪(4)，搭建检测光路；并根据S0，计算得到在检测光路下激光跟踪仪靶球A与计算全息片(3)的A面的中心的距离R
L
；对待加工离轴非球面反射镜(2)进行加工；在每次加工后，利用激光跟踪仪(1)的测量结果，结合初始参数信息和R
L
，进行加工过程中的面形检测，得到每次加工后的离轴非球面反射镜的面形误差；当面形误差满足设定阈值时，确定完成对待加工离轴非球面反射镜(2)的加工，进行面形终检，得到最终加工面形对应的实际顶点曲率半径。2.根据权利要求1所述的离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，其特征在于，通过如下步骤确定S0和Ra：将激光跟踪仪靶球座A安装在待加工离轴非球面反射镜(2)的外形轮廓基准位置处；将安装有激光跟踪仪靶球座A的待加工离轴非球面反射镜(2)置于高精度隔振平台上；利用激光跟踪仪(1)测量得到待加工离轴非球面反射镜(2)外形轮廓基准上的多个离散点的空间位置，并结合图纸设计参数建立反射镜坐标系O
‑
XYZ；其中，反射镜坐标系的原点O为待加工离轴非球面反射镜(2)的离轴非球面顶点，Z轴沿光轴方向，X、Y、Z轴方向满足右手螺旋定则；将激光跟踪仪靶球A放置于激光跟踪仪靶球座A上，利用激光跟踪仪(1)测量得到激光跟踪仪靶球A在反射镜坐标系中的空间位置，记为S0；根据S0，计算得到在反射镜坐标系下激光跟踪仪靶球A与待加工离轴非球面反射镜(2)的离轴非球面顶点的距离Ra。3.根据权利要求2所述的离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，其特征在于，激光跟踪仪靶球座A在待加工离轴非球面反射镜(1)上的安装位置满足如下要求：激光跟踪仪靶球座A的安装位置选择在待加工离轴非球面反射镜(1)近轴端的外形轮廓基准放置；激光跟踪仪靶球座A的安装位置与待加工离轴非球面反射镜(1)机械对称面位置误差＜1mm；激光跟踪仪靶球座A的安装位置不与加工、检测工装及设备发生干涉；保持激光跟踪仪靶球座A在待加工离轴非球面反射镜(1)上的位置不变，直至完成对待加工离轴非球面反射镜(1)的加工、且交付验收后，清除固定胶，拆除激光跟踪仪靶球座A。4.根据权利要求2所述的离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，其特征在于，通过如下步骤确定S1、S2和S3：将计算全息片(3)置于高精度隔振平台上；其中，计算全息片(3)在检测光路中朝向待加工离轴非球面反射镜(2)的一面记为A面；将计算全息片(3)的A面朝上，利用计算全息片(3)的外形基准和平面精度，建立计算全息片坐标系O
′‑
X
′
Y
′
Z
′
；其中，计算全息片坐标系的原点O
′
为计算全息片(3)的A面的中心，
Z
′
轴沿A面法线方向，X
′
、Y
′
、Z
′
轴方向满足右手螺旋定则；在计算全息片(3)的A面上安装3个激光跟踪仪靶球座：激光跟踪仪靶球座B、激光跟踪仪靶球座C和激光跟踪仪靶球座D；将激光跟踪仪靶球B、激光跟踪仪靶球C和激光跟踪仪靶球D分别放置于激光跟踪仪靶球座B、激光跟踪仪靶球座C和激光跟踪仪靶球座D上；利用激光跟踪仪(1)测量得到激光跟踪仪靶球B、激光跟踪仪靶球C和激光跟踪仪靶球D在计算全息片坐标系中的空间位置，记为S1、S2和S3。5.根据权利要求4所述的离轴非球面反射镜离焦量的高精度检测方法，其特征在于，激光跟踪仪靶球座B、激光跟踪仪靶球座C和激光跟踪仪靶球座D在计算全息片(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国燕，王经华，梁慧龙，于秋跃，栗孟娟，许瑞，郝言慧，张梦雨，李文卿，杜妍，王永刚，孟晓辉，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：