球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種球面誤差檢測(cè)裝置及方法，特別是一種球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技水平和工業(yè)水平的發(fā)展，在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)大口徑光學(xué)零件的要求越來(lái)越高。采用傳統(tǒng)的方法，使用干涉儀對(duì)大型球面光學(xué)零件測(cè)量，需要較大的干涉儀和參考鏡，加工周期長(zhǎng)，而且加工成本高，采用拼接干涉方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于球面誤差的拼接干涉測(cè)量裝置及方法，雖然它能夠高精度測(cè)量，但其被測(cè)件的安裝調(diào)整較為困難，而且對(duì)被測(cè)件的調(diào)整精度要求非常高，阻撓了此方法的發(fā)展推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)被測(cè)件的快速、有效、精確調(diào)整。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
利用拼接思想測(cè)量球面零件，由于測(cè)量的子孔徑較小，要進(jìn)行拼接檢測(cè)，被測(cè)件不僅要實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，還要調(diào)整使被測(cè)件的球心與計(jì)算全息片(Computer-Generated Hologram,CGH)產(chǎn)生的球面波的焦點(diǎn)重合，并且實(shí)現(xiàn)在被測(cè)件旋轉(zhuǎn)過(guò)程中其球心與球面波焦點(diǎn)始終重入口 ο
[0005]調(diào)整機(jī)構(gòu)分兩部分，一部分使被測(cè)件的球心與調(diào)整臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心線重合，保持這部分不變，調(diào)整另一部分使被測(cè)件的球心與CGH產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)重合，可以確保被測(cè)件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被測(cè)件的球心與CGH產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)重合，穩(wěn)定測(cè)量;一維升降臺(tái)實(shí)現(xiàn)被測(cè)件的上下移動(dòng);測(cè)量過(guò)程中，將被測(cè)表面反射光點(diǎn)控制在十字交叉線中心，確保每個(gè)子孔徑都有干涉條紋。該調(diào)整機(jī)構(gòu)及其調(diào)整方法最終實(shí)現(xiàn)球面零件的全口徑檢測(cè)。
[0006]根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種球面干涉拼接測(cè)量裝置，包括干涉儀、支座、六維調(diào)整架、CGH、一維導(dǎo)軌平臺(tái)、被測(cè)件、一維調(diào)整機(jī)構(gòu)、二維調(diào)整機(jī)構(gòu)、四維調(diào)整機(jī)構(gòu)、電控升降臺(tái)；所述支座上安裝干涉儀和一維導(dǎo)軌平臺(tái)，所述一維導(dǎo)軌平臺(tái)上安裝六維調(diào)整架，所述CGH安裝在六維調(diào)整架上，使干涉儀出射光軸能夠通過(guò)CGH的中心，并且能調(diào)整CGH與被測(cè)件之間的距離；由所述一維調(diào)整機(jī)構(gòu)、二維調(diào)整機(jī)構(gòu)、四維調(diào)整機(jī)構(gòu)和電控升降臺(tái)組成被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下端是電控升降臺(tái)，所述電控升降臺(tái)上面固定四維調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)整被測(cè)件的球心與CGH產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)重合，所述四維調(diào)整機(jī)構(gòu)上面固定二維調(diào)整機(jī)構(gòu)，用來(lái)調(diào)整被測(cè)件的球心與被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心線重合，所述一維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在二維調(diào)整機(jī)構(gòu)上，一維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上面固定被測(cè)件。
[0007]所述一維導(dǎo)軌平臺(tái)是:安裝板兩側(cè)固定滑軌，兩個(gè)滑塊分別沿滑軌的平行方向自由移動(dòng)，兩個(gè)滑塊上面固定連接板;連接板上面固定六維調(diào)整架。
[0008]所述一維調(diào)整機(jī)構(gòu)是:被測(cè)件固定在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸固定在第一精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上，第一精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)固定在連接板上，滿足被測(cè)件繞著旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)自由度的調(diào)節(jié)。
[0009]所述二維調(diào)整機(jī)構(gòu)是:上二維直動(dòng)平臺(tái)上面固定連接板，滿足被測(cè)件水平面上前后左右移動(dòng)兩個(gè)自由度的調(diào)節(jié)。
[0010]所述四維調(diào)整機(jī)構(gòu)是:下二維直動(dòng)平臺(tái)上面固定一維豎直方向直動(dòng)平臺(tái)，而第二精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)固定在該一維豎直直動(dòng)平臺(tái)上，滿足被測(cè)件水平方向前后左右移動(dòng)，水平旋轉(zhuǎn)，上下移動(dòng)四個(gè)自由度的調(diào)節(jié)。
[0011 ] 一種球面干涉拼接測(cè)量裝置的調(diào)整方法，用于對(duì)上述的球面干涉拼接測(cè)量裝置進(jìn)行調(diào)整，操作步驟如下:
1)安裝調(diào)整CGH:CGH安裝在六維調(diào)整架上，將六維調(diào)整架安裝在一維導(dǎo)軌平臺(tái)上；
2)調(diào)整二維調(diào)整機(jī)構(gòu):使用水平的千分表對(duì)被測(cè)件進(jìn)行調(diào)心:調(diào)心是將千分表指針頂在被測(cè)件上，通過(guò)調(diào)整上二維直動(dòng)平臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)被測(cè)件球面的球心位置，直至千分表示數(shù)在被測(cè)件轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中幾乎不變；
3)調(diào)整一維導(dǎo)軌平臺(tái)與電控升降臺(tái):移動(dòng)一維導(dǎo)軌平臺(tái)和電控升降臺(tái)的位置，使CGH與被測(cè)件的球心距離為CGH產(chǎn)生的球面波的后焦點(diǎn)，并且調(diào)整被測(cè)件在適合的高度;調(diào)整CGH的方位，使干涉儀光軸垂直通過(guò)CGH的中心；
4)調(diào)整四維調(diào)整機(jī)構(gòu):首先在光源模式下找到反射光斑，通過(guò)調(diào)節(jié)下二維直動(dòng)平臺(tái)和一維豎直直動(dòng)平臺(tái)，將反射光斑逐漸調(diào)至十字交叉線中心;再切換至條紋模式進(jìn)行細(xì)調(diào)，根據(jù)干涉條紋不同而調(diào)節(jié)不同自由度:面對(duì)干涉儀，豎條紋則調(diào)節(jié)左右移動(dòng)，橫條紋則調(diào)節(jié)上下移動(dòng)，中間疏兩邊密條紋則調(diào)節(jié)離焦;干涉條紋越少，被測(cè)件球心與球面波焦點(diǎn)重合越好；
5)保持步驟3)的狀態(tài)，對(duì)被測(cè)件再進(jìn)行一次調(diào)心，并切換至光源模式，根據(jù)被測(cè)件的大小，調(diào)整第一精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)至一定角度，重復(fù)步驟4);
6)不斷調(diào)整第一精密轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，并切換至光源模式，使光點(diǎn)不偏出十字交叉中心，確保在條紋模式下被測(cè)件轉(zhuǎn)動(dòng)一周，每個(gè)位置都有干涉條紋圖，實(shí)現(xiàn)整周檢測(cè)。
[0012]7)對(duì)于較大的被測(cè)件，重復(fù)步驟5)和6)，直至被測(cè)件的所有區(qū)域測(cè)量完畢。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明球面干涉拼接測(cè)量裝置及其調(diào)整方法的有益效果是:
本裝置能夠方便、快速、準(zhǔn)確調(diào)整球面被測(cè)件以滿足測(cè)量要求，有效的解決了被測(cè)球面零件在測(cè)量中安裝和調(diào)整困難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)其全口徑檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是球面干涉拼接測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是球面干涉拼接測(cè)量裝置中被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是一維調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是二維調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是四維調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖6是CGH六維調(diào)整架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是一維導(dǎo)軌平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
實(shí)施例一:
如圖1所示，一種球面干涉拼接測(cè)量裝置，包括干涉儀1、支座2、六維調(diào)整架3、CGH4、一維導(dǎo)軌平臺(tái)5、被測(cè)件6、一維調(diào)整機(jī)構(gòu)7、二維調(diào)整機(jī)構(gòu)8、四維調(diào)整機(jī)構(gòu)9、電控升降臺(tái)10;所述支座2上安裝干涉儀1和一維導(dǎo)軌平臺(tái)5，所述一維導(dǎo)軌平臺(tái)5上安裝六維調(diào)整架3，所述CGH4安裝在六維調(diào)整架3上，使干涉儀1出射光軸能夠通過(guò)CGH4的中心，并且能調(diào)整CGH4與被測(cè)件6之間的距離；由所述一維調(diào)整機(jī)構(gòu)7、二維調(diào)整機(jī)構(gòu)8、四維調(diào)整機(jī)構(gòu)9和電控升降臺(tái)10組成被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)下端是電控升降臺(tái)10，所述電控升降臺(tái)10上面固定四維調(diào)整機(jī)構(gòu)9，用來(lái)調(diào)整被測(cè)件6的球心與CGH4產(chǎn)生的球面波焦點(diǎn)重合，所述四維調(diào)整機(jī)構(gòu)9上面固定二維調(diào)整機(jī)構(gòu)8，用來(lái)調(diào)整被測(cè)件6的球心與被測(cè)件調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心線重合，所述一維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7固定在二維調(diào)整機(jī)構(gòu)8上，一維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7上面固定被測(cè)件6。
[0022]所述裝置中干涉儀1是:Zygo公司型號(hào)為GPIXP/D的干涉儀，640X480CCD圖像采集，采用激光三維相移干涉法，激光發(fā)生器為氦-氖激光波長(zhǎng)632.8nm，能產(chǎn)生一束標(biāo)準(zhǔn)平面波，平面測(cè)量精度達(dá)到λ/20。
[0023]所述CGH4及其配套的六維調(diào)整架3是:Zygo公司產(chǎn)品。干涉儀1產(chǎn)生的平面波經(jīng)過(guò)CGH4轉(zhuǎn)換為球面波入射到被測(cè)件6的表面，攜帶者被測(cè)球面6表面面形信息的反射波第二次反向通過(guò)CGH4，進(jìn)入干涉儀1中，與標(biāo)準(zhǔn)平面波發(fā)生干涉，在CCD中顯示干涉條紋圖；所述六維調(diào)整架3的五個(gè)旋鈕18，19，20，21，22通過(guò)不同的組合來(lái)控制06財(cái)