【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高端装备制造的微结构在位测量，具体涉及一种在位精密检测微光学元件结构面型的方法及装置。
技术介绍
1、近年来，光学仪器的微型化及微系统工程的开发迫切要求系统结构及光学元件进行微型化处理，与之提出了相应的微光学概念，主要是指微米尺度的光学表面微结构；微光学元件被广泛应用于各种高端装备制造的场景中；因加工难度大，是国际上最前沿研究方向之一。
2、现有技术中，微光学元件的加工一般采用光刻及单点金刚石车削的加工方式，加工后需要取下工件进行检测，检测后如不满足要求就会再安装到机床上重新加工。比如公开号为cn113340232a的专利，提供了一种微小光学零件表面轮廓的白光干涉拼接测量装置及方法，该装置的隔振平台分别设有z向平移调整机构和四轴调整台，z向平移调整机构上设有带干涉显微物镜的白光干涉仪，四轴调整台上安装有绕y向旋转的俯仰转台，俯仰转台上安装有绕z向旋转的回转转台，回转转台上安装有对心机构，对心机构上设有用于安装被测光学零件的弹性夹具，俯仰转台与回转转台的轴线交汇于被测光学零件的曲率半径中心；该装置在使用时，需要将被测光学零件安装于弹性夹具中。但是，由于微光学元件结构尺寸较小，重复安装定位精度有限，时常会出现安装后不能完全回到原位置，导致无法重复再加工。
3、综上所述，目前亟需一种可以满足在位精密检测微光学元件结构面型的装置和方法，以实现对微光学元件进行高精度加工及测量。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种在位精密检测微光
2、本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，提供了一种在位精密检测微光学元件结构面型方法，包括：
3、将白光干涉仪放置于机床的第一旋转轴上，将工件放置于机床的第二旋转轴上；
4、调整白光干涉仪镜头光轴与机床第二旋转轴中心重合；
5、对工件进行加工，保持工件在第二旋转轴上的位置不发生变化；
6、白光干涉仪响应于机床发送的触发信号，按照规划的移动路径对加工后工件的结构面型进行多次拍摄。
7、进一步的，结构面型包括平缓结构和陡峭结构。
8、进一步的，在检测平缓结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
9、白光干涉仪分别沿机床的三个直线位移轴进行移动，移动路径的初始坐标点为(x0，y0，z0)；使用白光干涉仪按照横向逐一扫描，从初始坐标点到坐标点(xn，y0，zn)分别进行拍摄，直到第一横向结构区域全部完成拍摄；按拍摄移动步长平移y轴坐标，使用白光干涉仪按照横向逐一扫描，直到第二横向区域结构全部完成拍摄；按拍摄移动步长多次移动y轴坐标，重复上述拍摄过程，直至全部结构拍摄完成。
10、进一步的，对于平缓结构，规划的白光干涉仪移动路径，其坐标点满足以下关系：
11、坐标点在x轴，y轴满足以下方程：
12、xn＝x0+n×tx
13、yn＝y0+n×ty
14、在上式中，x0为在x轴上的初始坐标点，y0为在y轴上的初始坐标点，tx，ty分别为x方向和y方向的拍摄移动步长，取值范围根据白光干涉仪镜头拍摄视场范围确定；n表示第n个坐标点；
15、坐标点在z轴满足以下方程：
16、
17、在上式中，r为曲面曲率半径，k为圆锥系数常数项，ai为非球面高阶系数。
18、进一步的，在检测陡峭结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
19、白光干涉仪分别沿机床的两个直线位移轴和第一旋转轴进行移动，移动路径的初始坐标点为(x0，y0，z0，b0，c0)，在初始坐标点拍摄完成后移动到下一坐标点(x1，y0，z1，b1，c0)拍摄；经多次移动坐标点后白光干涉仪到此横向最后一点结构位置(xn，y0，zn，bn，c0)拍摄；将第二旋转轴旋转一角度，将白光干涉仪先移动到初始位置(x0，y0，z0，b0，c1)拍摄，然后移动到下一点坐标(x1’，y0，z1’，b1’，c1)拍摄，按照此方式依次运动到横向最后一点位置(xn’，y0，zn’，bn’，c1)拍摄；依次转动第二旋转轴的角度，直至全部结构拍摄完成。
20、进一步的，规划白光干涉仪的移动路径时，始终沿着白光干涉仪拍摄视场内曲面中心点的法向方向生成坐标点；在每个坐标点白光干涉仪镜头光轴均与待测区域的法向平行，且白光干涉仪镜头虚拟焦点均落在待测区域表面上。
21、进一步的，对于陡峭结构，规划的白光干涉仪移动路径，其坐标点满足以下关系：
22、坐标点在x轴，b轴满足以下方程：
23、
24、bn＝f′(x′n)，x′n＝x0+n×tx
25、在上式中，s为点a0与点b0的距离，点a0为白光干涉仪镜头虚拟焦点，点b0为b轴旋转轴本身旋转中心，θ为a0与b0连线与z轴移动方向的夹角，tx为x方向的拍摄移动步长，取值范围根据白光干涉仪镜头拍摄视场范围确定；n表示第n个坐标点；x0为初始坐标点；
26、坐标点在z轴满足以下方程：
27、zn＝z0-2×f(x′n，0)+s×cos(θ)-s×cos(bn+θ)
28、在上式中，z0为在z轴上的初始坐标点。
29、进一步的，还包括将拍摄完成的图片进行拼接，拟合分析出待测微结构的表面结构。
30、第二方面，提供了一种在位精密检测微光学元件结构面型装置，用于实现第一方面所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，包括：
31、机床，机床包括至少3个直线位移轴和至少2个旋转轴；
32、白光干涉仪，白光干涉仪和工件分别放置于不同的旋转轴；
33、拼接路径规划及控制系统，用于计算白光干涉仪在拍摄过程中的移动轨迹坐标点，并控制白光干涉仪按坐标点进行移动、拍摄；及
34、图形拼接合成软件，用于将拍摄的图片进行拼接。
35、进一步的，根据检测需要，增大白光干涉仪的镜头工作距和/或缩小镜头尺寸。
36、由上述技术方案可知，本专利技术的有益技术效果如下：
37、1.可以实现对微光学元件平缓结构、陡峭结构的在位精密检测，能够更好的辅助微光学元件的高精度加工；
38、2.通过机床旋转轴旋转拍摄并拼接，可实现对大口径、高陡峭微光学结构的在位精密检测。
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1.一种在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，所述结构面型包括平缓结构和陡峭结构。
3.根据权利要求2所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，在检测平缓结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
4.根据权利要求3所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，对于平缓结构，规划的白光干涉仪移动路径，其坐标点满足以下关系：
5.根据权利要求2所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，在检测陡峭结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
6.根据权利要求5所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，规划白光干涉仪的移动路径时，始终沿着白光干涉仪拍摄视场内曲面中心点的法向方向生成坐标点；在每个坐标点白光干涉仪镜头光轴均与待测区域的法向平行，且白光干涉仪镜头虚拟焦点均落在待测区域表面上。
7.根据权利要求5所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，对于陡峭结构，规划的白
8.根据权利要求1所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，还包括将拍摄完成的图片进行拼接，拟合分析出待测微结构的表面结构。
9.一种在位精密检测微光学元件结构面型装置，其特征在于，用于实现权利要求1-8任一项所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，包括：
10.根据权利要求9所述的在位精密检测微光学元件结构面型装置，其特征在于，根据检测需要，增大白光干涉仪的镜头工作距和/或缩小镜头尺寸。
...【技术特征摘要】
1.一种在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，所述结构面型包括平缓结构和陡峭结构。
3.根据权利要求2所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，在检测平缓结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
4.根据权利要求3所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，对于平缓结构，规划的白光干涉仪移动路径，其坐标点满足以下关系：
5.根据权利要求2所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，在检测陡峭结构时，白光干涉仪的移动路径和拍摄方式如下：
6.根据权利要求5所述的在位精密检测微光学元件结构面型方法，其特征在于，规划白光干涉仪的移动路径时，始终沿着白光干...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱国栋，张为国，刘坤，熊欣，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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