專利名稱：大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學元件的檢測，尤其是涉及一種大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)。
背景技術：
超精密表面在各工業(yè)領域中都有廣泛的應用，目前主要集中在兩個方面一是以強激光、短波光學等為代表的工程光學領域，如激光聚變系統(tǒng)、紫外光學系統(tǒng)、X射線光學系統(tǒng)、X射線激光系統(tǒng)、高溫等離子體診斷等光學領域。在這類系統(tǒng)中，為了減小散射損失， 提高抗破壞閾值所用的光學組件都應精密和光滑。二是以磁記錄頭、大規(guī)模集成電路基片等器件為主的電子工業(yè)領域?，F(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展對超精密表面的需求越來越多，與之相應的加工技術就稱為超精密表面加工技術。近年來，超精密表面加工技術作為超精加工技術領域的一個重要分支得到了很大的發(fā)展，許多國家都紛紛投入大量人力、物力、財力開展這方面的研究工作，使其成為加工領域爭先發(fā)展的熱點。美國、英國、日本、德國、荷蘭等發(fā)達國家的超精密加工技術居世界前列。超精密表面在現(xiàn)代光學及光電子學科領域的作用愈來愈重要，特別是在國家戰(zhàn)略層面上?，F(xiàn)今許多大型系統(tǒng)需要大量的大口徑高精度平面光學元件就需要超精密表面加工技術進行加工。在大口徑高精度平面光學元件的加工中，拋光是一種非常重要的技術，化學機械拋光(CMP)已經(jīng)被廣泛應用到大口徑平面光學元件的拋光中，而拋光盤表面平整性在大口徑平面光學元件的化學機械拋光中起著重要作用，加工區(qū)域中的拋光粉磨粒借助拋光盤上粘貼的拋光墊的支撐作用，對工件表面刮擦來實現(xiàn)材料去除。因而，當拋光墊粘貼不均勻?qū)е聮伖獗P表面不平整出現(xiàn)凹凸不平的狀況時會嚴重影響工件的加工質(zhì)量。中國專利200580033336. 7公開一種自動3D成像的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對大口徑平面光學元件拋光中拋光墊粘貼不均勻造成拋光盤表面不平整而出現(xiàn)凹凸不平最終影響工件加工質(zhì)量等問題，提供一種大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)，用于采集拋光前或拋光中拋光盤表面平整性三維圖像，然后根據(jù)測量的拋光盤平整性三維圖像與系統(tǒng)自帶的面形數(shù)據(jù)庫中的面形圖比較，確定是否進行拋光墊修整及修整時修整軸需要傾斜的角度。本發(fā)明設有2個DSP攝像頭、支撐架、數(shù)據(jù)傳輸裝置和計算機；所述支撐架固定在防震塊上，所述支撐架和防震塊一起鎖于機床床身上并處于豎直方向，所述2個DSP攝像頭設于支撐架下方，2個DSP攝像頭間的距離為人眼距離，每個DSP攝像頭與水平方向呈5 10°角，2個DSP攝像頭的重合拍攝區(qū)域徑向長度為拋光盤的半徑，通過設置拋光機床旋轉軸的轉速以及2個DSP攝像頭同時拍攝的時間，產(chǎn)生2張不同角度的畫面形成視差，然后通過數(shù)據(jù)傳輸裝置將采集到的2張帶有視差的圖像輸出至計算機進行處理。所述支撐架可通過螺釘固定在防震塊上。
所述計算機進行處理并生成3D圖像的方法可參見照中國專利200580033336. 7所公開的一種自動3D成像的方法，該方法的一般處理步驟為1)傳感器系統(tǒng)(相當于本發(fā)明中的DSP攝像機)用于獲取據(jù)以要創(chuàng)建3D圖像的場景的兩個交疊的數(shù)字圖像；2)處理系統(tǒng)對每個圖像進行校正，以去除透鏡失真的效果或者使透鏡失真的效果最小化；3)輸入傳感器系統(tǒng)到場景中的對象的距離值；4)處理系統(tǒng)利用傳感器系統(tǒng)的相對位置和取向的信息來確定數(shù)字圖像的水平交
疊度；5)處理系統(tǒng)利用傳感器系統(tǒng)的相對位置和取向的信息來確定數(shù)字圖像的垂直交
疊度；6)通過處理系統(tǒng)來確定立體視差的每個圖像的水平交疊區(qū)域和垂直交疊區(qū)域的 fn息；7)處理系統(tǒng)搜索每個圖像中的處理區(qū)域，并且識別每個圖像中的對應點之間的視差；8)利用傳感器系統(tǒng)的視線的相對位置和取向信息，處理系統(tǒng)將視差信息轉換成相對于傳感器系統(tǒng)的空間位置，由此創(chuàng)建3D圖像。隨后，系統(tǒng)根據(jù)測量生成的拋光盤平整性三維圖像與系統(tǒng)自帶的面形數(shù)據(jù)庫中的面形圖比較，確定是否進行拋光墊修整以及修整時修整軸需要傾斜的角度本發(fā)明的設計原理是，將人眼立體成像技術應用于大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性的檢測。人眼立體成像的原理人的雙眼基本處于同一平面，但兩眼間有一定的間距，因此觀看物體時視線會形成一個交叉角度，角度越大，立體感和距離感就越強。由于交叉角度的存在，雙眼看到的畫面并不相同，也就是產(chǎn)生了“視差”，兩幅具有視差的畫面經(jīng)過大腦處理后才能得到完整的立體景象。雙鏡頭成像系統(tǒng)是模仿人的兩只眼睛獲取圖像的原理，兩個鏡頭之間的距離及其視線之間的夾角和距離模仿人的兩個眼球動作，隨著拍攝物體的距離變化不斷進行調(diào)整，以使拍攝的兩個圖像的視差與人眼直接觀看的視差相同，然后將拍攝的兩個圖像進行處理后達到3D成像的效果。本發(fā)明所具有的優(yōu)點如下1)可檢測拋光盤平整性根據(jù)兩個DSP攝像頭不同角度拍攝拋光盤局部表面形貌圖并且經(jīng)過處理后得到光學元件拋光前或者拋光中的拋光盤局部表面三維面形圖，系統(tǒng)根據(jù)測量的拋光盤平整性三維圖像與系統(tǒng)自帶的面形數(shù)據(jù)庫中的面形圖比較，確定是否進行拋光墊修整以及修整時修整軸需要傾斜的角度；2)鏡頭可更換，精度高可根據(jù)拋光墊材料的不同選擇相應精度的鏡頭，甚至顯微鏡頭，以保證所采集的圖像的精度。3)結構簡單，操作方便本發(fā)明包含2個DSP攝像頭、支撐架、數(shù)據(jù)傳輸裝置和計算機。結構簡單，易與拋光夾具結合，操作簡單方便。


圖1為本發(fā)明實施例中拋光墊平整性檢測系統(tǒng)的工作示意圖。圖2為本發(fā)明實施例中拋光墊平整性檢測系統(tǒng)圖像采集后的處理框圖。以下給出各圖中的主要配件的代號在圖1和2中，各標記為1拋光盤、2拋光墊、3工件、4拋光夾具、5機床床身、6拋光機床旋轉軸、7支撐架、8DSP攝像頭、9旋轉軸、10數(shù)據(jù)傳輸裝置、11計算機、12防震塊。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步闡述。參見圖1和2，本發(fā)明實施例設有2個DSP攝像頭8、支撐架7、數(shù)據(jù)傳輸裝置10和計算機11 ；所述支撐架7固定在防震塊12上，所述支撐架7和防震塊12 —起鎖于機床床身5上并處于豎直方向，所述2個DSP攝像頭8設于支撐架7下方，2個DSP攝像頭8間的距離為人眼距離，每個DSP攝像頭8與水平方向呈5 10°角，2個DSP攝像頭8的重合拍攝區(qū)域徑向長度為拋光盤1的半徑，通過設置拋光機床旋轉軸6的轉速以及2個DSP攝像頭8同時拍攝的時間，產(chǎn)生2張不同角度的畫面形成視差，然后通過數(shù)據(jù)傳輸裝置10將采集到的2張帶有視差的圖像輸出至計算機11進行處理。所述支撐架7通過螺釘固定在防震塊12上。本發(fā)明工作前，利用刻度盤調(diào)節(jié)好2個DSP攝像頭8的傾斜角度并設置好2個DSP 攝像頭8的間距后用螺釘鎖緊固定在支撐架7下方。每個DSP攝像頭與水平方向呈5 10°角，2個DSP攝像頭8間距為人眼距離，而且2個DSP攝像頭8視角下方的重合區(qū)域徑向?qū)挾鹊扔趻伖獗P1的半徑，調(diào)節(jié)好支撐架7的平衡以及2個DSP攝像頭8的焦距后，將支撐架7通過螺釘固定在防震塊12上并一起鎖于機床床身5上，由于測量所用的2個DSP攝像頭8都固定在支撐架7下方，因此應該保證其在機床床身5上的安裝精度。當工作時，拋光盤1和拋光墊2在旋轉軸9的帶動下做旋轉運動，旋轉軸9旋轉速度、2個DSP攝像頭8同時攝像的時間可以設置使得拋光盤1以及拋光墊2每個區(qū)域經(jīng)過 DSP攝像頭8下方時，都能獲得兩個不同角度的拍攝圖像，采集到的二維圖像的后續(xù)處理步驟如圖2(本發(fā)明實施例中拋光墊平整性檢測系統(tǒng)圖像采集后的處理框圖)所示，其中3D 成像方法的具體步驟為(1)將兩個DSP攝像頭8中采集的圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸裝置10傳輸至計算機 11中；(2)對每個圖像進行校正，以去除透鏡失真的效果或者使透鏡失真的效果最小化；(2)輸入DSP攝像頭8與拋光墊2之間的距離數(shù)據(jù)；(3)利用兩個DSP攝像頭8的相對位置和取向的信息來確定數(shù)字圖像的水平交疊度；(4)利用兩個DSP攝像頭8的相對位置和取向的信息來確定數(shù)字圖像的垂直交疊度；(5)確定立體視差的每個圖像的水平交疊區(qū)域和垂直交疊區(qū)域的信息；
(6)捜索每個圖像中的處理區(qū)域，并且識別每個圖像中的對應點之間的視差；(7)利用DSP攝像頭8的視線的相對位置和取向信息，將視差信息轉換成相對于 DSP攝像頭8的空間位置，由此創(chuàng)建3D圖像。采集的ニ維圖像經(jīng)過3D成像方法后輸出拋光盤平整性三維圖像，隨后，系統(tǒng)根據(jù)測量生成的拋光盤平整性三維圖像與系統(tǒng)自帶的面形數(shù)據(jù)庫中的面形圖比較，確定是否進行拋光墊修整以及修整時修整軸需要傾斜的角度。由于拋光墊2的材料有差別，對DSP攝像頭8的分辨率也會有區(qū)別，精度要求最高的時候可以更換顯微鏡頭，以保證測量的準確性。
權利要求
1.大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)，其特征在于設有2個DSP攝像頭、支撐架、數(shù)據(jù)傳輸裝置和計算機；所述支撐架固定在防震塊上，所述支撐架和防震塊一起鎖于機床床身上并處于豎直方向，所述2個DSP攝像頭設于支撐架下方，2個DSP攝像頭間的距離為人眼距離，每個DSP攝像頭與水平方向呈5 10°角，2個DSP攝像頭的重合拍攝區(qū)域徑向長度為拋光盤的半徑，通過設置拋光機床旋轉軸的轉速以及2個DSP攝像頭同時拍攝的時間，產(chǎn)生2張不同角度的畫面形成視差，然后通過數(shù)據(jù)傳輸裝置將采集到的2 張帶有視差的圖像輸出至計算機進行處理。
2.如權利要求1所述的大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)，其特征在于所述支撐架通過螺釘固定在防震塊上。
全文摘要
大口徑平面光學元件拋光盤表面平整性在線檢測系統(tǒng)，涉及一種光學元件的檢測。設有2個DSP攝像頭、支撐架、數(shù)據(jù)傳輸裝置和計算機；所述支撐架固定在防震塊上，所述支撐架和防震塊一起鎖于機床床身上并處于豎直方向，所述2個DSP攝像頭設于支撐架下方，2個DSP攝像頭間的距離為人眼距離，每個DSP攝像頭與水平方向呈5～10°角，2個DSP攝像頭的重合拍攝區(qū)域徑向長度為拋光盤的半徑，通過設置拋光機床旋轉軸的轉速以及2個DSP攝像頭同時拍攝的時間，產(chǎn)生2張不同角度的畫面形成視差，然后通過數(shù)據(jù)傳輸裝置將采集到的2張帶有視差的圖像輸出至計算機進行處理。
文檔編號B24B37/005GK102528639SQ201210018648
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者張東旭, 楊峰, 潘日, 郭隱彪, 陳梅云 申請人:廈門大學