一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104634275A(43)申请公布日2015.05.20(21)申请号201510037684.7(22)申请日2015.01.26(71)申请人河南理工大学地址454000河南省焦作市高新区世纪大道2001号(72)发明人王勤张利伟汪舰陈亮曹伟涛赵晓霞(74)专利代理机构郑州红元帅专利代理事务所(普通合伙)41117代理人杨妙琴(51)Int.Cl.G01B11/24(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置及方法，包括He-Ne激光器、显微物镜、针孔滤波器、分光镜、待测非球面、参考球面、成像透镜、CCD相机、图像采集卡、计算机、横向导轨和纵向导轨；He-Ne激光器出射的光束经显微物镜会聚到针孔滤波器上的针孔后在分光镜上被分为两束，并分别照射在横向导轨上的待测非球面元件和纵向导轨上的参考球面元件上，从参考球面元件和待测非球面元件上反射的光在分光镜上叠加形成干涉条纹，经过成像透镜后由CCD相机获取。本发明利用参考球面在分光镜中的像与待测非球面所形成的牛顿环装置，无需补偿器、计算全息图等辅助元件，实时干涉检测非球面元件，光路简单，测量快速且易于实现。CN104634275ACN104634275A权利要求书1/1页1.一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置，其特征在于：包括He-Ne激光器、显微物镜、针孔滤波器、分光镜、待测非球面元件、参考球面元件、成像透镜、CCD相机、图像采集卡、计算机、横向导轨和纵向导轨；所述的He-Ne激光器射出的光束经显微物镜会聚到针孔滤波器上的针孔后在分光镜上被分为两束，并分别照射在待测非球面元件和参考球面元件上，从参考球面元件和待测非球面元件上反射的光在分光镜上叠加形成干涉条纹，干涉条纹经过成像透镜后由CCD相机获取；所述的待测非球面元件和参考球面元件分别固定在横向导轨和纵向导轨上，CCD相机与图像采集卡相连，图像采集卡与计算机相连。2.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置，其特征在于：所述的针孔滤波器位于参考球面元件的球心处。3.一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量方法，该方法包括以下步骤：步骤一，根据待测非球面元件加工一个与之匹配的最接近球面作为参考球面元件；步骤二，将待测非球面和参考球面元件分别安装到横向导轨和纵向导轨上，调整横向导轨和纵向导轨，使针孔滤波器位于参考球面元件的球心处，待测非球面元件与参考球面元件以分光镜呈对称分布；步骤三，打开He-Ne激光器，使He-Ne激光器射出的光束经过显微物镜会聚到针孔滤波器的针孔处,并被分光镜分为两束，其中一束入射到参考球面元件上作为参考光，另一束入射到待测非球面元件上，从参考球面元件和待测非球面元件反射的光重新在分光镜上叠加形成干涉，干涉条纹经过成像透镜后由CCD相机获取；步骤四，CCD相机将获取到的干涉条纹进行光电转换后传输到图像采集卡，图像采集卡进行数模转换后将数据传送至计算机，由计算机进行数据处理获得光程差和待测非球面元件的面形信息。4.根据权利要求3所述的一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量方法，其特征在于：所述的待测非球面元件也可为精磨阶段的大口径深度非球面元件。2CN104634275A说明书1/3页一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置及方法[0001]技术领域：本发明涉及一种非球面的高精度干涉测量技术，尤其涉及一种基于牛顿环的非球面实时干涉测量装置及方法。[0002]背景技术：在光学系统中采用非球面光学元件，不仅可以消除多种像差，减少光能损失，从而提高光学系统的成像质量，而且减少了光学元件的数量，简化了系统的结构。近年来，非球面元件在光学系统中的应用日益普及。而非球面的加工质量直接影响到光学系统的成像质量，非球面检测技术一直是影响非球面加工精度进一步提高的“瓶颈”。从某种意义上讲，没有与加工精度相适应的高精度检测方法及仪器，非球面的精密加工和超精密加工就难以实现。[0003]在非球面测量领域，现有的检测方法有接触式轮廓检测方法、无像差点检测方法和非接触干涉检测方法。其中接触式轮廓检测方法使用接触式轮廓仪或三坐标测量机进行测量，不仅适用于铣磨表面同样可用于抛光表面，但由于采用逐点测量的方法，其测量较耗费时间，且存在损伤被测表面的风险。无像差点检测是指根据费马原理，光线从一点传到另外一点，经过任意多次折射或反射，其光程为极大值或极小值，也就是说光程是定值，光学上把这样的点称为无像差点，利用无像差点来检测非球面。这种方法主要用于检测旋转轴对称二次曲面，不能检测旋转轴对称高次曲面,且光路调整复杂、耗时。非接触干涉检测方