本发明专利技术公开了一种多姿态大口径平面光学元件面形检测装置和方法，包括光学系统（1）、三维精密运动平台（2）和面形检测控制与处理系统（3）；三维精密运动平台（2）包括垂直运动导轨（4）、水平运动导轨（5）和旋转运动平台（6）；三维精密运动平台（2）用于实现对不同姿态下光学元件的面形测量过程中的二维扫描运动；面形检测控制与处理系统（3）实现对三维精密运动平台（2）的运动控制、光学系统（1）的姿态调整、光斑信息采集、面形重构、面形绘制功能；本发明专利技术提升了系统的测量精度，采用高精度测角仪、猫步法测量方法和光学系统姿态自动校正等技术，检测精度能达1/6波长。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器视觉技术检测领域，主要涉及一种，其设计利用角差原理进行不同姿态下的元件表面面形检测的装置和方法。
技术介绍
面形技术主要有角差法、LTP、瞬态干涉仪和哈特曼检测等方法。角差法的原理是面形的变化可通过其各点法线方向角度的变化量而反映出，采用高精度测试角度变化量的方法可重构元件的面形，西南科技大学已研制出大口径光学元件面形检测装置，检测精度达1/3个波长。LTP是采用细光束干涉计量原理，若被检测面相对垂直于光轴的平面倾斜一定角度，则在LTP的焦平面探测器上的干涉条纹就有移动，通过精确测量其移动距离，就可以得到倾斜度误差的变化曲线，对该曲线积分就可获得高度误差曲线，其测试精度能达到1/20个波长。瞬态干涉仪是将空间位相调制的共路剪切干涉仪技术与数字化波面技术相结合的干涉系统，可采用近红外作为测试光源，测量精度能达到波前均方根优于1/15波长。哈特曼检测法是通过一个有若干小孔光阑的波面进行采样的检测方法，受外界影响小，对检测环境要求比干涉仪的检测环境要求低；但实验中需要的大口径哈特曼扩束系统的光学系统设计、结构设计要求高，且成本也高。采用干涉法对检测环境要求高，在ICF实验室中的在线检测条件很难满足瞬态干涉仪或LTP的要求，而且不能对处于不同倾斜状态的光学元件进行面形检测。中国专利技术专利ZL200910058280.0，该方案利用被测光学元件为参考物，并利用五棱镜的一维不变性，克服了传统角差法不能有效扣除运动平台因机械运动或振动等带来的测量误差问题。同时由于采用了在垂直方向(列)测试中的两束参考光，可有效扣除振动带来的影响，同时还以被测光学元件作为绝对参考，从而还能扣除因地基振动、大气振动等带来的误差；由于采用龙门结构，对于超大光学元件的检测，其体形庞大，在不同姿态下的调试时间较长，检测精度仅有1/3波长。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种。本专利技术的技术方案如下:一种多姿态大口径平面光学元件面形检测装置，包括光学系统(I)、三维精密运动平台(2)和面形检测控制与处理系统(3);三维精密运动平台(2)包括垂直运动导轨(4)、水平运动导轨(5)和旋转运动平台(6);三维精密运动平台(2)用于实现对不同姿态下光学元件的面形测量过程中的二维扫描运动；面形检测控制与处理系统(3)实现对三维精密运动平台(2)的运动控制、光学系统(I)的姿态调整、光斑信息采集、面形重构、面形绘制功能；光学系统(I)包括光学 头(8)、楔镜组(9)和固定在光学头(8)末端的潜望镜(10);光学头(8)产生一束高质量的平行光束并获取从被测元件反射回的光束的像，从光学头(8)出来的一束平行光通过楔镜组(9 )后，分为2 X 2束平行光束，经过潜望镜(10 )后入射到光学元件表面，反射后进入CXD相机(16)成像形成2X2个光斑；通过高精密运动平台做二维扫描控制，利用检测图像中激光光斑在水平方向和垂直方向上的位移，重构出被测元件表面的面形分布。所述的面形检测装置，所述光学头(8)包括激光器(11)、自准直器(12)、分光镜(13)、扩束筒(14)、透镜(15)和C⑶相机(16)，由激光器(11)产生的点光源通过自准直器(12)产生一束平行光，经过分光镜(13)和扩束筒(14)后，形成扩束后的平行光入射到被测元件表面，反射后的平行光经过扩束筒(14)和分光镜(13)后，再经过透镜(15)和CXD相机(16)形成反射后光束的像。所述的面形检测装置，所述楔镜组(9)包括2片楔形镜片，2片楔形镜片呈L型放置。所述的面形检测装置，所述潜望镜(10)包括第一反射镜(17)、第二反射镜(18)和二维快速偏转平台(19)，二维快速偏转平台(19)实现第二反射镜(18)的二维快速倾斜功倉泛。所述的面形检测装置进行面形检测的方法，包括以下流程:(I)将所述的面形检测装置和被测平面光学元件相对而置，调节微动机械调整机构，使被测平面光学元件被测表面与面形检测装置的垂直运动导轨(4)和水平导轨(5)组成的平面平行；对于与垂直运动导轨(4)和水平导轨(5)组成的平面成夹角的被测平面光学元件，通过动力机构及其控制系统驱动旋转光学头(8)，使被测平面光学元件与面形检测装置平行；(2)开启激光器(1 1)的电源，光学头(8)产生的平行光，经过楔镜组(9)、潜望镜(10)到被测平面光学元件，再返回到光学头(8)，经分光镜(13)进入C⑶相机(16)汇聚成2x2个激光光斑；(3)设定被测平面光学元件的尺寸、垂直运动导轨(4)和水平运动导轨(5)的运动步长、运动的起始坐标原点、光学头姿态自动校正精度；(4)激光器(11)预热30分钟后，动力机构驱动光学头(8)对被测平面光学元件采用从左到右，从上到下方式进行二维扫描；针对每个测量点，通过二维快速偏转平台(19)，系统判断反射回的左上角光斑与上一个测量点是否处于同一位置，若为同一位置，则光学系统姿态调整结束；(5)面形检测控制与处理系统(3)采集通过被测元件反射回C⑶相机(16)形成的光斑，对图像进行处理获取光斑的质心位置，通过常规面形重构算法重构出被测平面光学元件的面形分布。本专利技术提升了系统的测量精度，采用高精度测角仪、猫步法测量方法和光学系统姿态自动校正等技术，检测精度能达1/6波长。附图说明图1为系统组成示意图；图2为系统结构示意图3为光学系统组成示意图；图4为光学头原理不意图；图5为光学头姿态自动调整(潜望镜)原理图；图6为猫步法测量原理；具体实施例方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。如图1本专利技术的多姿态大口径平面光学元件面形检测装置，包括光学系统1、三维精密运动平台2和面形检测控制与处理系统3。如图2所示三维精密运动平台2包括垂直运动导轨4、水平运动导轨5和旋转运动平台6。三维精密运动平台2主要实现对不同姿态下光学元件的面形测量过程中的二维扫描运动。面形检测控制与处理系统3实现对三维精密运动平台2的运动控制、光学系统I的姿态调整、光斑信息采集、面形重构、面形绘制功倉泛。如图3所不,光学系统I包括光学头8、楔镜组9和固定在光学头8末端的潜望镜10 ;从光学头8出来的一束平行光通过楔镜组9后，分为2X2束平行光束，经过潜望镜10后入射到光学元件表面，反射后进入CXD相机16成像形成2X2个光斑。如图4所不,光学头8包括激光器11、自准直器12、分光镜13、扩束筒14、透镜15和CCD相机16，其功能是产生一束高质量的平行光束和产生从被测元件反射回的光束的像。由激光器11产生的点光源通过自准直器12产生一束平行光，经过分光镜13和扩束筒14后，形成扩束后的平行光入射到被测元件表面，反射后的平行光经过扩束筒14和分光镜13后，再经过透镜15和CXD相机16形成反射后光束的像(光斑)。楔镜组9包括2片楔形镜片，2片楔形镜片呈L型放置；如图5所示，潜望镜10包括第一反射镜17、第二反射镜18和二维快速偏转平台19，二维快速偏转平台19实现第二反射镜18的二维快速倾斜功能。从光学头8出来的一束平行光通过楔镜组9后，分为2X2束平行光束，经过潜望镜10后入射到光学元件表面，反射后经扩束筒14、分光镜13后进入CXD相机16形成2X2光斑。通过高精密运动平台做二维扫描控制，利用检本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多姿态大口径平面光学元件面形检测装置，其特征在于，包括光学系统（1）、三维精密运动平台（2）和面形检测控制与处理系统（3）；三维精密运动平台（2）包括垂直运动导轨（4）、水平运动导轨（5）和旋转运动平台（6）；三维精密运动平台（2）用于实现对不同姿态下光学元件的面形测量过程中的二维扫描运动；面形检测控制与处理系统（3）实现对三维精密运动平台（2）的运动控制、光学系统（1）的姿态调整、光斑信息采集、面形重构、面形绘制功能；光学系统（1）包括光学头（8）、楔镜组（9）和固定在光学头（8）末端的潜望镜（10）；光学头（8）产生一束高质量的平行光束并获取从被测元件反射回的光束的像，从光学头（8）出来的一束平行光通过楔镜组（9）后，分为2×2束平行光束，经过潜望镜（10）后入射到光学元件表面，反射后进入CCD相机（16）成像形成2×2个光斑；通过高精密运动平台做二维扫描控制，利用检测图像中激光光斑在水平方向和垂直方向上的位移，重构出被测元件表面的面形分布。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑万国，袁晓东，熊召，徐旭，范勇，陈念年，刘长春，叶海仙，曹庭分，易聪之，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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