一种自由曲面面型检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自由曲面面型检测系统，包括：激光发生器、准直镜、第一计算全息元件、第二计算全息元件、投影镜、照明系统、空间滤波器、CCD图像传感器；其中，所述第一计算全息元件用于对所述平行光进行第一次衍射；所述第二计算全息元件用于衍射经第一计算全息元件衍射的一级光；所述空间滤波器，用于将干扰杂散光滤除；所述CCD图像传感器，用于获取干涉图像。本发明专利技术公开的自由曲面面型检测系统，基于斐索干涉原理，通过对干涉图像(具体为干涉条纹)进行分析，得到自由曲面面型误差，因此能够对自由曲面面型进行非接触式检测，并且提高对自由曲面面型检测的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学仪器检测领域，更具体的说是涉及一种自由曲面面型检测系统。
技术介绍
随着先进制造技术和精密仪器的发展，越来越多的光学系统采用自由曲面来实现一些特殊的成像效果。随着自由曲面面型复杂度的提高，对自由曲面面型进行检测的难度也随之提高。现有技术中，通常采用轮廓仪对自由曲面的面型进行检测。轮廓仪对自由曲面的面型进行检测的原理主要是采用接触式方法，对待检测曲面进行逐点测量。具体的，例如通过探针接触待测曲面的某个点，测量得到接触点的空间坐标，直至完成对待检测曲面所有点的测量。由于现有技术中的自由曲面面型检测系统，采用的是轮廓仪对自由曲面上的点进行空间定位的方法，必须对待检测曲面进行接触式测量，因而容易对自由曲面造成损伤。与此同时，轮廓仪的检测精度也很低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种自由曲面面型检测系统，能够对自由曲面面型进行非接触式检测，并且提高对自由曲面面型检测的精度。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案—种自由曲面面型检测系统，包括激光发生器、准直镜、第一计算全息元件、第二计算全息元件、投影镜、照明系统、空间滤波器、CCD图像传感器；其中，所述激光发生器用于发射检测光线；所述准直镜用于将所述检测光线调整为平行光；所述第一计算全息元件用于对所述平行光进行第一次衍射；所述第二计算全息元件用于衍射经第一计算全息元件衍射的一级光；所述投影镜用于将经过第二次衍射的参考光线投射在所述照明系统上；所述照明系统用于将检测光和参考光汇聚在所述空间滤波器的中心点；其中，所述参考光为，经过所述第二计算全息元件衍射后的0级衍射光，在所述照明系统的与所述待检测自由曲面相邻的表面反射形成的光线；所述检测光为，经过所述第二计算全息元件衍射后的1级衍射光，在所述待检测自由曲面的表面反射形成的光线；所述空间滤波器，用于将干扰杂散光滤除；所述CXD图像传感器，用于获取干涉图像；所述干涉图像为，经过所述空间滤波器过滤的，所述参考光与所述检测光形成的干涉图像。优选的，所述激光发生器为氦氖激光发生器。优选的，所述第一计算全息元件为相位型的计算全息元件，所述第二计算全息元件为振幅型的计算全息元件。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开了一种自由曲面面型检测系统，基于斐索干涉原理，通过对干涉图像(具体为干涉条纹)进行分析，得到自由曲面面型误差，因此能够对自由曲面面型进行非接触式检测，并且提高对自由曲面面型检测的精度。本专利技术所述的检测方法具有非接触性、精度高和准实时性等特点，其研究成果可以为高精度精密测量，精密仪器和先进制造等领域提供技术支持，可应用于光学、机械、光纤通信、生命科学、航空航天、造船和汽车磨具等行业，具有广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所述自由曲面面型检测系统结构示意图。图2为在kmax光学设计软件中模拟的结构图(上半部分为检测光路，下半部分为参考光路)；图3为参考光波的残留波像差图；图4为检测光波的残留波像差图；图5为干涉图；图6为像面上各级次的光斑分布情况示意图。 具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，为本专利技术实施例所述自由曲面面型检测系统结构图。如图1所示，该系统包括激光发生器1、准直镜2、第一计算全息元件3、第二计算全息元件4、投影镜5、照明系统6、、空间滤波器9、C⑶图像传感器11。其中，所述激光发生器1用于发射检测光线；所述准直镜2用于将所述检测光线调整为平行光；所述第一计算全息元件3用于对所述平行光进行第一次衍射；所述第二计算全息元件4用于对所述平行光进行第二次衍射；所述投影镜5用于将经过第二次衍射的检测光线投射在所述照明系统6上；所述照明系统6用于将检测光和参考光汇聚在所述空间滤波器9的中心点；其中，所述参考光为，经过所述第二计算全息元件4衍射后的0级衍射光，在所述照明系统6的与所述待检测自由曲面8相邻的表面7反射形成的光线；所述检测光为，经过所述第二计算全息元件4衍射后的1级衍射光，在所述待检测自由曲面的表面反射形成的光线。所述空间滤波器9，用于将干扰杂散光10滤除；所述CXD图像传感器11，用于获取干涉图像；所述干涉图像为，经过所述空间滤波器9过滤的，所述参考光与所述检测光形成的干涉图像。为便于理解，现对计算全息元件进行简要说明。计算全息元件属于全息元件。全息光学元件是根据全息术原理制成的衍射光学元件。计算全息元件是根据全息术原理，使用计算机模拟、运算、处理各种光学过程，并用超大规模集成(VLSI)电路制作工艺，在片基上(或传统光学器件表面)刻蚀产生两个或多个台阶深度的浮雕结构，形成的一类全息光学元件。计算全息元件在本专业领域中简称为CGH。全息图的独特性质在于它能同时记录信息的强度和相位。因此，CGH又分为相位型的计算全息图和振幅型的计算全息图。本专利技术所公开的自由曲面面型检测系统，主要就是利用了 CGH的衍射功能。形成干涉图像以后，对干涉图像的分析，具体为如果自由曲面面型无误差，则干涉条纹是等间距均勻分布的；如果自由曲面面型有误差，那么干涉条纹的间距或形状都会发生变化。由于利用了光的干涉原理，本专利技术所公开的实施例系统，其测量精度可以达到 0.0131 λ P-V，其中λ为激光发生器产生的激光的波长，单位为nm。因此，本专利技术所公开的自由曲面面型检测系统的精度与现有技术相比，有很大提高。综上，本专利技术实施例所述的自由曲面面型检测系统，基于斐索干涉原理，通过对干涉图像(具体为干涉条纹)进行分析，得到自由曲面面型误差，因此能够对自由曲面面型进行非接触式检测，并且提高对自由曲面面型检测的精度。实际应用中，激光发生器可以采用较为常见的氦氖激光发生器。分析了两种类型的计算全息元件对其各级衍射光衍射效率的特点后，为了获得较高的衍射效率，提高参考光和检测光的光能量及干涉条纹的对比度，第一计算全息元件采用相位型的计算全息元件，第二计算全息元件采用振幅型的计算全息元件。以下通过一个更加具体的实例来阐述本专利技术系统设计的操作过程(1)假设被检自由曲面面形公式为__Cx-x2+Cy·/_z =-12 92 9其中CX= 3· 5Χ1(Γ3Cy = 3. 6X10 3kx = -1. 5075ky = -2. 5设计的系统中，自由曲面的口径为100mm，照明系统的尺寸稍微比自由曲面口径大一点，其尺寸也就相应确定。(2)投影镜的设计投影镜的作用是将CGH成像在照明系统上，其焦距先设定，用照明系统尺寸除以 CGH尺寸可求得投影镜的放大率，从而光路的各部分位置就能基本确定。(3)照明系统设计照明系统有两个作用(1)照明系统将检测光汇聚在待检测非球面上；(2)照明系统最后一面镜片将参考光返回聚焦成一点。一般本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种自由曲面面型检测系统，其特征在于，包括：激光发生器、准直镜、第一计算全息元件、第二计算全息元件、投影镜、照明系统、空间滤波器、ＣＣＤ图像传感器；其中，所述激光发生器用于发射检测光线；所述准直镜用于将所述检测光线调整为平行光；所述第一计算全息元件用于对所述平行光进行第一次衍射；所述第二计算全息元件用于衍射经第一计算全息元件衍射的一级光；所述投影镜用于将经过第二次衍射的光投射在所述照明系统上；所述照明系统用于将检测光和参考光汇聚在所述空间滤波器的中心点；其中，所述参考光为，经过所述第二计算全息元件衍射后的０级衍射光，在所述照明系统的与所述待检测自由曲面相邻的表面反射形成的光线；所述检测光为，经过所述第二计算全息元件衍射后的１级衍射光，在所述待检测自由曲面的表面反射形成的光线；所述空间滤波器，用于将干扰杂散光滤除；所述ＣＣＤ图像传感器，用于获取干涉图像；所述干涉图像为，经过所述空间滤波器过滤的，所述参考光与所述检测光形成的干涉图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭培基，洪小苗，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：32