【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密光学检测领域，涉及一种高精度曲率半径探测方法与装置，特别涉及中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，用于光学透镜、反射镜等球面元件的曲率半径参数高精度测量。
技术介绍
1、在光学系统、精密机械系统中，球面元件都是最重要的元件之一。而曲率半径作为球面元件的基础参数是决定元件整体性能最为关键的因素之一，因此对球面元件的曲率半径进行高精度测量具有重要意义。
2、针对球面的曲率半径测量，目前已有的测量方法有：球面样板法、球径仪法、自准直法、干涉仪法、刀口仪法、牛顿环法、激光剪切干涉仪法以及莫尔偏析法等。球面样板法和球径仪法属接触测量，测量方法简单，零件不需抛光，但球面样板法只适用于小曲率半径测量，测量精度受样板面形影响较大，并且在接触测量过程中，会因球面磨损和挤压带来测量误差；自准直法属于非接触测量，但零件需要抛光处理，光路调整较复杂，调焦和对准难度较大，会带来测量过程中的系统误差；干涉仪法、刀口仪法、牛顿环法、激光剪切干涉仪法以及莫尔偏析法一般用于大曲率半径的测量。干涉仪法在测量过程中易受温度、气流、振动、噪声等因素的干扰，对测量精度影响较大。
3、针对上述问题，还有学者提出了高精度定焦法对被测元件曲率半径进行测量，通过定焦被测元件表面的顶点(即猫眼点和球心点(即共焦点)对被测元件表面曲率半径进行测量，该方法可以有效克服被测元件表面的粗糙散射、反射率差异等影响，并且测量精度较高，成为目前工业领域常用的测量方法之一。
4、但是定焦法测量曲率半径要求被测元件轴线与测量光轴重
技术实现思路
1、为了解决定焦法测量曲率半径的阿贝误差的问题，本专利技术的目的是提供一种中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，实现对被测元件偏心和离轴量的高精度调整补偿，确保对被测元件的轴线与被测光轴的重合，提高被测元件曲率半径的测量精度。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，利用光路自准直原理对被测元件进行偏心监测，结合五维调整结构对被测元件的安装偏心和倾斜位姿误差进行补偿，从而保证被测元件轴线与测量光轴严格重合，从而消除阿贝误差；利用激光差动共焦光路对被测元件猫眼点和球心点进行高分辨定焦，实现对被测元件曲率半径参数的高分辨、高精度测量。
4、本专利技术公开的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，包括如下步骤：
5、步骤一、点光源发出发散光束被分光镜一反射后透过分光镜二并被准直镜准直为平行光，平行光被测量物镜会聚后聚焦到被测样品上，当被测样品的球心位置位于测量物镜焦点附近时光束被反射会光路中，依次经过测量物镜、准直镜后被分光镜二分为两束，其中透射光束会聚到图像探测系统上形成聚焦光斑；反射光束被分光镜三分为两束，被分别位于会聚镜焦点前后等量反向离焦的点探测器一和点探测器二所探测。
6、步骤二、驱动被测样品做回转运动，则图像探测系统上的聚焦光斑会运动形成轨迹圆，轨迹圆的半径值反应了被测样品的偏心量。
7、步骤三、对被测样品进行平移和旋转调节，调整被测样品的倾角量和位移量，观察轨迹圆半径的变化趋势，依次迭代调整被测样品的倾角量和位移量，直至轨迹圆半径缩小为零，即聚焦光斑不再随着被测样品的回转而发生运动，即说明被测样品的轴线与测量光路光轴重合。
8、步骤四、驱动测量光路对被测样品进行上下扫描，并实时监测点探测器一和点探测器二探测得到的光强信号，差动处理器对两探测器探测得到的光强信号进行做差相减，得到差动曲线，当被测样品的顶点位于测量物镜焦点附近时，光路通过轴向扫描得到猫眼点差动共焦曲线，猫眼点差动共焦曲线的过零点准确对应被测样品的“猫眼”位置；当被测样品的球心点位于测量物镜焦点附近时，光路轴向扫描可以得到共焦点差动共焦曲线，共焦点差动共焦曲线的过零点准确对应被测样品的“共焦”位置，测量得到“猫眼”位置的位置坐标za和“共焦”位置的位置坐标zb，即计算得到被测样品的曲率半径r：
9、r＝|za-zb|
10、进一步的，可测被测样品表面包括凸面和凹面，包括精密抛光面和粗糙磨砂面，包括高反射率面和低反射率面。
11、进一步的，测量物镜包括不同数值孔径参数，适应不同口径和不同曲率半径范围的被测样品。
12、本专利技术公开的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，用于实现中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法。所述中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，包括点光源、位于点光源出射方向的分光镜一，位于分光镜一反射方向的分光镜二、准直镜、测量物镜、被测样品，位于分光镜二反射方向的分光镜三和点探测器二，位于分光镜三反射方向的点探测器一，位于分光镜一反射方向反方向的图像探测系统。
13、作为优选，点光源由激光器和光源会聚镜构成。
14、作为优选，点探测器由放大镜一和光强探测器一构成；点探测器由放大镜二和光强探测器二构成。
15、作为优选，图像探测系统由ccd构成，或由图像放大镜和ccd构成。
16、作为优选，被测样品回转驱动由回转工作台驱动，回转工作台由轴承、调心调倾工作台、联轴结、电机和电机驱动器组成。
17、有益效果：
18、1、本专利技术公开的一种中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，在对自准直光路和差动共焦定焦光路进行共路设计，利用自准直光路对被测元件偏心和离轴量进行测量，结合五维调整消除被测元件偏心和离轴量，实现被测元件轴线与测量光轴重合；利用激光差动共焦光路对被测元件猫眼和共焦点位置进行高精度定焦，以期提升球面曲率半径测量中的定焦精度，进而提高球面曲率半径测量的精度。
19、2、本专利技术公开的一种中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，采用自准直-旋转偏心测量激光差动共焦曲率半径，可以不受被测元件边缘装卡结构和磨边形状等因素影响，直接测量被测元件面形轴线，实现对被测样品的偏心和离轴量精确测量，便于元件位姿误差调整。
20、3、本专利技术公开的一种中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，通过五维调整对被测元件的偏心和离轴量进行补偿，结合自准直-旋转偏心测量技术对被测元件的位姿误差进行精确调整，消除测量阿贝误差，提高曲率半径参数的测量精度，可以适用于球面元件、轴对称非球面元件等多种面形，具有广阔的样品适应范围。
21、4、本专利技术公开的一种中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法与装置，采用激光差动共焦共路定焦探测，有效抑制被测元件表面粗糙散射、折射率差异等影响，实现对被测元件猫眼和共焦点的高精度轴向定焦，实现对被测元件曲率参数的高精度测量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：利用光路自准直原理对被测元件进行偏心监测，结合五维调整结构对被测元件的安装偏心和倾斜位姿误差进行补偿，保证被测元件轴线与测量光轴严格重合，从而消除阿贝误差；利用激光差动共焦光路对被测元件猫眼点和球心点进行高分辨定焦，实现对被测元件曲率半径参数的高分辨、高精度测量。
2.根据权利要求1所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：包括如下步骤，
3.根据权利要求2所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：被测样品(6)表面包括凸面和凹面，包括精密抛光面和粗糙磨砂面，包括高反射率面和低反射率面。
4.中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，用于实现如权利要求2或3所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：包括点光源(1)、位于点光源(1)出射方向的分光镜一(2)，位于分光镜一(2)反射方向的分光镜二(3)、准直镜(4)、测量物镜(5)、被测样品(6)，位于分光镜二(3)反射方向的分光镜三(8)和点探测器一(9)，位于分光
5.根据权利要求4所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，其特征在于：点光源(1)由激光器(17)和光源会聚镜(18)构成。
6.根据权利要求4所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，其特征在于：点探测器一(9)由放大镜一(20)和光强探测器二(21)构成；点探测器二(10)由放大镜二(22)和光强探测器二(23)构成。
7.根据权利要求4所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，其特征在于：图像探测系统(7)由CCD(32)构成。
8.根据权利要求4所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，其特征在于：图像探测系统(7)由图像放大镜(19)和CCD(32)构成。
9.根据权利要求4所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，其特征在于：被测样品(6)回转驱动由回转工作台(26)驱动，回转工作台(26)由轴承(27)、调心调倾工作台(31)、联轴结(28)、电机(30)和电机驱动器(29)组成。
...【技术特征摘要】
1.中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：利用光路自准直原理对被测元件进行偏心监测，结合五维调整结构对被测元件的安装偏心和倾斜位姿误差进行补偿，保证被测元件轴线与测量光轴严格重合，从而消除阿贝误差；利用激光差动共焦光路对被测元件猫眼点和球心点进行高分辨定焦，实现对被测元件曲率半径参数的高分辨、高精度测量。
2.根据权利要求1所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：包括如下步骤，
3.根据权利要求2所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：被测样品(6)表面包括凸面和凹面，包括精密抛光面和粗糙磨砂面，包括高反射率面和低反射率面。
4.中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量装置，用于实现如权利要求2或3所述的中心偏差监测调整激光差动共焦曲率半径测量方法，其特征在于：包括点光源(1)、位于点光源(1)出射方向的分光镜一(2)，位于分光镜一(2)反射方向的分光镜二(3)、准直镜(4)、测量物镜(5)、被测样品(6)，位于分光镜二(3)反射方向的分光镜三(8)和点探测器一(9)，位于分光镜三(8)...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。