;合成波長(zhǎng)Λ均遠(yuǎn)大于λ 2，因此利用合成波長(zhǎng)Λ可以擴(kuò)大了復(fù)合式干涉測(cè)頭的測(cè)量范圍，對(duì)高度小于Λ/2的臺(tái)階形狀可直接進(jìn)行測(cè)量；
[0033](8)最終信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)分析測(cè)量過(guò)程中記錄的Xl、Z1, Θ ” IjP I 2，可以計(jì)算出被測(cè)非球面上待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值；
[0034](9)按照預(yù)先設(shè)定的掃描軌跡，掃描機(jī)構(gòu)將復(fù)合式干涉測(cè)頭移動(dòng)到被測(cè)非球面的下一個(gè)待測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)待測(cè)點(diǎn)都重復(fù)步驟⑵?⑶的測(cè)量過(guò)程，直至完成整個(gè)掃描軌跡的測(cè)量，通過(guò)綜合掃描軌跡上所有測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值可以獲得被測(cè)非球面的面形信息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于復(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: (1)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； (2)通過(guò)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(guò)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； (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AjPλ 2，兩穩(wěn)頻激光器的輸出光首先分別經(jīng)過(guò)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(guò)二分之一波片和光纖耦合器后，被耦合進(jìn)保偏光纖進(jìn)行合光與傳輸，同時(shí)通過(guò)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； (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； (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(lái)調(diào)節(jié)ζ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(guò)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； (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 jP 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I 2，送入信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。 (7)信號(hào)處理系統(tǒng)利用波長(zhǎng)為λ^Ρλ 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);合成波長(zhǎng)Λ均遠(yuǎn)大于λ 2，因此利用合成波長(zhǎng)Λ可以擴(kuò)大了復(fù)合式干涉測(cè)頭的測(cè)量范圍，對(duì)高度小于Λ/2的臺(tái)階形狀可直接進(jìn)行測(cè)量； (8)最終信號(hào)處理系統(tǒng)通過(guò)分析測(cè)量過(guò)程中記錄的Xl、Z1,Θ 1、IjP I 2，可以計(jì)算出被測(cè)非球面上待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值； (9)按照預(yù)先設(shè)定的掃描軌跡，掃描機(jī)構(gòu)將復(fù)合式干涉測(cè)頭移動(dòng)到被測(cè)非球面的下一個(gè)待測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)待測(cè)點(diǎn)都重復(fù)步驟(2)?(8)的測(cè)量過(guò)程，直至完成整個(gè)掃描軌跡的測(cè)量，通過(guò)綜合掃描軌跡上所有測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值可以獲得被測(cè)非球面的面形信息。2.一種基于復(fù)合激光干涉的法線跟蹤式非球面測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括X向?qū)к?I)、Z向?qū)к?2)、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⑶；其中，X向?qū)к墷排cZ向?qū)к墷葡嗷ゴ怪卑惭b，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(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)固定在Z向?qū)к?2)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?2)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(guò)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，包括穩(wěn)頻激光器A(9)、穩(wěn)頻激光器B(10)、光隔離器A(ll)、光隔離器B (12)、二分之一波片A (13)、二分之一波片B (14)、光纖親合器A (15)、光纖親合器B (16)、單模保偏光纖(17)、準(zhǔn)直鏡組(18)、分光鏡A (19)、透鏡A (20)、參考反射鏡(21)、分光鏡B (22)、透鏡B (23)、透鏡C (24)、位置傳感器(25)、光電探測(cè)器A (26)、透鏡D (27)、偏振分光鏡(28)、透鏡E (29)、光電探測(cè)器B (30)、信號(hào)處理卡(31)，其中，穩(wěn)頻激光器A (9)、光隔離器A(Il)、二分之一波片A(13)和光纖耦合器A(15)依次同軸放置，穩(wěn)頻激光器B(10)、光隔離器B(12)、二分之一波片B(14)和光纖耦合器B(16)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A(15)相連，另一個(gè)輸入端與光纖親合器B (16)相連，輸出端與準(zhǔn)直鏡組(18)相連；準(zhǔn)直鏡組(18)、分光鏡A (19)、分光鏡B(22)和透鏡B(23)依次同軸放置，在分光鏡B(22)的反射方向依次放置透鏡C(24)和位置傳感器(25)，在分光鏡A(19)的反射方向依次放置透鏡A(20)、參考反射鏡(21)，在分光鏡A(19)的另一反射方向依次放置偏振分光鏡(28)、透鏡E(29)和光電探測(cè)器B(30)，在偏振分光鏡(28)的反射方向依次放置透鏡D(27)和光電探測(cè)器A(26)，位置傳感器(25)、光電探測(cè)器A(26)和光電探測(cè)器B(30)分別與信號(hào)處理卡(31)相連。
【專利摘要】基于復(fù)合激光干涉的法線跟蹤式非球面測(cè)量方法與系統(tǒng)屬于表面形貌測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域；本發(fā)明包括掃描機(jī)構(gòu)、復(fù)合式激光干涉測(cè)頭和回轉(zhuǎn)工件臺(tái)三部分，被測(cè)非球面放置在回轉(zhuǎn)工件臺(tái)上，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，復(fù)合式激光干涉測(cè)頭通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定在Z向?qū)к壞┒耍摐y(cè)頭結(jié)合單波長(zhǎng)干涉與合成波長(zhǎng)干涉技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，可對(duì)微小臺(tái)階形狀進(jìn)行直接測(cè)量同時(shí)保證非球面的高精度測(cè)量，該測(cè)頭內(nèi)部有一個(gè)位置傳感器來(lái)測(cè)量被測(cè)非球面表面的斜率變化并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使測(cè)頭與被測(cè)非球面表面始終保持垂直，從而保證測(cè)頭接受到足夠的光信號(hào)，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。
【IPC分類(lèi)】G01B11/24
【公開(kāi)號(hào)】CN104913732
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510313715
【發(fā)明人】刁曉飛, 薛梓, 康巖輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月10日