離器A、二分之一波片A和光纖耦合器A依次同軸放置，穩(wěn)頻激光器B、光隔離器B、二分之一波片B和光纖耦合器B依次同軸放置；單模保偏光纖具有兩個(gè)輸入端與一個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端與光纖耦合器A相連，另一個(gè)輸入端與光纖親合器B相連，輸出端與準(zhǔn)直鏡組相連；準(zhǔn)直鏡組、分光鏡A、分光鏡B和透鏡B依次同軸放置，在分光鏡B的反射方向依次放置透鏡C和位置傳感器，在分光鏡A的反射方向依次放置透鏡A、參考反射鏡，在分光鏡A的另一反射方向依次放置偏振分光鏡、透鏡E和光電探測(cè)器B，在偏振分光鏡的反射方向依次放置透鏡D和光電探測(cè)器A，位置傳感器、光電探測(cè)器A和光電探測(cè)器B分別與信號(hào)處理卡相連。
[0019]本發(fā)明的有益效果是，由于本發(fā)明采用激光干涉儀測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心的位移，且在移動(dòng)過程中激光干涉儀的測(cè)量光與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心始終符合阿貝原則，從而消除阿貝誤差，提高測(cè)量精度；由于本發(fā)明采用基于復(fù)合式激光干涉原理的測(cè)頭進(jìn)行測(cè)量，因此可以獲得非常高的測(cè)量精度，并且可直接溯源到激光波長(zhǎng)；激光干涉測(cè)頭的測(cè)量光束經(jīng)透鏡后匯聚到被測(cè)非球面，由于透鏡具有一定的焦深，激光束的聚焦位置測(cè)量過程中不要求嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，從而可以提高測(cè)量效率，實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量；另外，由于激光干涉測(cè)頭固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，在測(cè)量過程中通過控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使測(cè)量光束始終與被測(cè)表面保持垂直，使探測(cè)系統(tǒng)始終能夠收集到足夠的光信號(hào)強(qiáng)度，不受被測(cè)表面的曲率變化影響；總而言之，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大口徑、高數(shù)值孔徑、大曲率及具有微小臺(tái)階特征的非球面元件表面形狀的超精密、快速測(cè)量。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明基于復(fù)合激光干涉的法線跟蹤式非球面測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明中復(fù)合式激光干涉測(cè)頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中，IX向?qū)к墶?Z向?qū)к墶?旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、4復(fù)合式干涉測(cè)頭、5被測(cè)非球面、6回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、7Z向激光干涉儀、8X向激光干涉儀、9穩(wěn)頻激光器A、10穩(wěn)頻激光器B、ll光隔離器
A、12光隔離器B、13二分之一波片A、14 二分之一波片B、15光纖親合器A、16光纖親合器
B、17單模保偏光纖、18準(zhǔn)直鏡組、19分光鏡A、20透鏡A、21參考反射鏡、22分光鏡B、23透鏡B、24透鏡C、25位置傳感器、26光電探測(cè)器A、27透鏡D、28偏振分光鏡、29透鏡E、30光電探測(cè)器B、31信號(hào)處理卡。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]一種基于復(fù)合激光干涉的法線跟蹤式非球面測(cè)量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特征在于，該系統(tǒng)包括X向?qū)к?、Z向?qū)к?、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、復(fù)合式干涉測(cè)頭4、被測(cè)非球面5、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)6、Z向激光干涉儀7、X向激光干涉儀8 ;其中，X向?qū)к塈與Z向?qū)к?相互垂直安裝，可以實(shí)現(xiàn)XZ平面內(nèi)的掃描，復(fù)合式干涉測(cè)頭4通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3固定在Z向?qū)к?的末端，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合式干涉測(cè)頭4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，Z向激光干涉儀7與X向激光干涉儀8固定在Z向?qū)к?上，且Z向激光干涉儀7與X向激光干涉儀8測(cè)量光的軸線方向均通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的中心，被測(cè)非球面5固定在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)6上；所述的復(fù)合式干涉測(cè)頭4結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如圖2所示，包括穩(wěn)頻激光器A9、穩(wěn)頻激光器B10、光隔離器All、光隔離器B12、二分之一波片A13、二分之一波片B14、光纖親合器A15、光纖親合器B16、單模保偏光纖17、準(zhǔn)直鏡組18、分光鏡A19、透鏡A20、參考反射鏡21、分光鏡B22、透鏡B23、透鏡C24、位置傳感器25、光電探測(cè)器A26、透鏡D27、偏振分光鏡28、透鏡E29、光電探測(cè)器B30、信號(hào)處理卡31，其中，穩(wěn)頻激光器A9、光隔離器All、二分之一波片A13和光纖耦合器A15依次同軸放置，穩(wěn)頻激光器B10、光隔離器B12、二分之一波片B14和光纖親合器B16依次同軸放置；單模保偏光纖17具有兩個(gè)輸入端與一個(gè)輸出端，其中一個(gè)輸入端與光纖親合器A15相連，另一個(gè)輸入端與光纖親合器B16相連，輸出端與準(zhǔn)直鏡組18相連；準(zhǔn)直鏡組18、分光鏡A19、分光鏡B22和透鏡B23依次同軸放置，在分光鏡B22的反射方向依次放置透鏡C24和位置傳感器25，在分光鏡A19的反射方向依次放置透鏡A20、參考反射鏡21，在分光鏡A19的另一反射方向依次放置偏振分光鏡28、透鏡E29和光電探測(cè)器B30，在偏振分光鏡28的反射方向依次放置透鏡D27和光電探測(cè)器A26，位置傳感器25、光電探測(cè)器A26和光電探測(cè)器B30分別與信號(hào)處理卡31相連。
[0025]一種基于復(fù)合激光干涉的法線跟蹤式非球面測(cè)量方法，其特征在于該方法步驟如下:
[0026](I)該方法主要包括掃描機(jī)構(gòu)、復(fù)合式干涉測(cè)頭和回轉(zhuǎn)工件臺(tái)三部分；掃描機(jī)構(gòu)采用X向?qū)к壟cZ向?qū)к墝?shí)現(xiàn)XZ平面內(nèi)掃描，Z向?qū)к壞┒藥в行D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，復(fù)合式干涉測(cè)頭固定在該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被測(cè)非球面放置在回轉(zhuǎn)工件臺(tái)上；
[0027](2)通過掃描機(jī)構(gòu)將復(fù)合式干涉測(cè)頭移動(dòng)到被測(cè)非球面上的待測(cè)點(diǎn)，采用激光干涉儀記錄下此時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心的X向和Z向位置坐標(biāo)，分別記為Xl、Z1，在移動(dòng)過程中激光干涉儀的測(cè)量光與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心始終符合阿貝原則，從而消除測(cè)量中的阿貝誤差；然后利用復(fù)合式干涉測(cè)頭對(duì)被測(cè)非球面進(jìn)行測(cè)量；
[0028](3)復(fù)合式干涉測(cè)頭采用兩個(gè)穩(wěn)頻激光器作為光源，波長(zhǎng)分別為λ jP λ 2，兩穩(wěn)頻激光器的輸出光首先分別經(jīng)過一個(gè)光隔離器，以消除回光對(duì)穩(wěn)頻激光器的影響，然后兩輸出光分別經(jīng)過二分之一波片和光纖親合器后，被親合進(jìn)保偏光纖進(jìn)行合光與傳輸，同時(shí)通過調(diào)節(jié)光路中的兩個(gè)二分之一波片，使兩束激光的偏振方向相互垂直，并且其中一束激光的偏振方向與保偏光纖的快軸對(duì)齊，另一束激光的偏振方向與保偏光纖的慢軸對(duì)齊；
[0029](4)兩束激光經(jīng)保偏光纖合光傳輸后，被準(zhǔn)直成平行光束，平行光束被分光鏡分為兩部分，其中一部分被透鏡匯聚到參考鏡上作為參考光，另一部分被透鏡匯聚到被測(cè)非球面上作為測(cè)量光；
[0030](5)被測(cè)非球面的反射光一部分被透鏡匯聚到位置傳感器上，將會(huì)聚光斑的位置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并將電信號(hào)送入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；當(dāng)測(cè)量光與被測(cè)非球面垂直時(shí)，會(huì)聚光斑位于傳感器中心，輸出電信號(hào)為O ;當(dāng)測(cè)量光與被測(cè)非球面不垂直時(shí)，會(huì)聚光斑則偏離傳感器中心，輸出電信號(hào)不為O，將輸出電信號(hào)送入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，信號(hào)處理系統(tǒng)輸出一個(gè)控制信號(hào)來調(diào)節(jié)Z向?qū)к壞┒诵D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度，直至使復(fù)合式干涉測(cè)頭的測(cè)量光與被測(cè)非球面垂直，此時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的角度記為Θ i，從而保證在測(cè)量過程中，復(fù)合式干涉測(cè)頭的測(cè)量光與被測(cè)非球面始終保持垂直，不受被測(cè)非球面曲率的影響；
[0031](6)當(dāng)復(fù)合式干涉測(cè)頭的測(cè)量光與被測(cè)非球面垂直時(shí)，被測(cè)非球面的另一部分反射光與參考鏡的反射光重新在分光鏡處疊加形成干涉信號(hào)，該干涉信號(hào)由兩個(gè)正交偏振，波長(zhǎng)分別為λ #卩λ 2的干涉分量組成，兩干涉分量被偏振分光鏡分尚成兩個(gè)獨(dú)立的干涉信號(hào)，并分別被光電探測(cè)器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)1工和12，送入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0032](7)信號(hào)處理系統(tǒng)利用波長(zhǎng)為λ 2的兩干涉信號(hào)可以對(duì)被測(cè)非球面進(jìn)行連續(xù)高精度干涉測(cè)量，但只能對(duì)連續(xù)表面進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)，兩激光波長(zhǎng)λ#Ρ λ 2結(jié)合可構(gòu)成一個(gè)合成波長(zhǎng)Λ，其大小為Λ = X1X2Z(X1-X2)