用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，所述内圆弧面沿环形导轨周向且位于内侧或外侧，其聚光凸透镜位于激光器和准直凸透镜之间且聚光凸透镜的焦点与准直凸透镜的焦点重合；分束镜位于聚光凸透镜和准直凸透镜之间，用于将来自准直凸透镜的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜位于准直凸透镜与分束镜相背的一侧，该参考透镜与准直凸透镜相对的表面为凸面，此参考透镜与凸面相背的表面为标准球面；所述圆锥反射镜位于待检测所述环形导轨内，且圆锥反射镜的旋转轴与环形导轨与参考透镜各自的轴线重合。本发明能一次性获得全部立体环形导轨内圆弧面形貌信息，同时也大大提高了测试效率、精度和可靠性。
【专利说明】用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学检测装置，尤其涉及一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪。
【背景技术】
[0002]光干涉技术是现代最精密有效的测试技术之一，它集当代最新技术于一体，广泛采用计算机技术、激光技术、电子技术、半导体技术等领域的最新成果，能快速、准确地完成对光学零件与系统的检验。在如今的光学车间，从光学零件的设计加工与检验到光学系统的装调、校正和测试，干涉仪已经成为一种易于操作、可靠、高精度、智能化的必不可少的测试检验装置，它在光学零件和系统的大批量生产和检验中有着不可低估的作用。
[0003]但是，现有干涉仪往往针对面形检测形貌偏差，例如弯曲或局部弯曲或凹凸区，对于立体面形的形貌检测需要多次反复检测，不能一次获得全部立体面形形貌；其次，现有干涉仪检测精度和可靠性容易受外界振动和温度、气流等环境因素影响。因此，如何设计一种一次性获得全部立体环形导轨内圆弧面形貌信息的高精度、可靠性的光学干涉仪，成为本领域技术人员努力的方向。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，此光学干涉仪能一次性获得全部立体环形导轨内圆弧面形貌信息，同时也大大提高了测试效率、精度和可靠性。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，所述内圆弧面沿环形导轨周向且位于内侧，包括激光器、聚光凸透镜、分束镜、作为物镜的准直凸透镜、参考透镜和圆锥反射镜，所述聚光凸透镜位于激光器和准直凸透镜之间且聚光凸透镜的焦点与准直凸透镜的焦点重合；所述分束镜位于聚光凸透镜和准直凸透镜之间，用于将来自准直凸透镜的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜位于准直凸透镜与分束镜相背的一侧，该参考透镜与准直凸透镜相对的表面为凸面，此参考透镜与凸面相背的表面为标准球面；
所述圆锥反射镜位于待检测所述环形导轨内，且圆锥反射镜的旋转轴与环形导轨和参考透镜各自的轴线重合，所述圆锥反射镜的圆锥面与环形导轨的内圆弧面面对面放置；来自参考透镜的汇聚光线经圆锥反射镜反射后形成的汇聚点与内圆弧面的曲率中心重合；干涉图样接收部件位于所述分束镜一侧，用于接收来自分束镜的第二光束。
[0006]上述技术方案进一步改进技术方案如下:
1.上述方案中，当所述环形导轨中内圆弧面的中心轴线与圆锥反射镜的旋转轴垂直时，位于所述圆锥反射镜左、右侧的圆锥面夹角为直角；当所述环形导轨中内圆弧面的中心轴线与圆锥反射镜的旋转轴夹角Θ为锐角时，位于所述圆锥反射镜左、右侧的圆锥面夹角为钝角；当所述环形导轨中内圆弧面的中心轴线与圆锥反射镜的旋转轴夹角Θ为钝角时，位于所述圆锥反射镜左、右侧的圆锥面夹角为锐角。[0007]2.上述方案中，所述聚光凸透镜与准直凸透镜的焦点重合处设有一第一小孔光阑。
[0008]3.上述方案中，所述分束镜与干涉图样接收部件之间设有一第二小孔光阑。
[0009]4.上述方案中，所述干涉图样接收部件为C⑶相机或者成像屏。
[0010]5.上述方案中，所述圆锥反射镜位于参考透镜的焦距内。
[0011]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，其聚光凸透镜位于激光器和准直凸透镜之间且聚光凸透镜的焦点与准直凸透镜的焦点重合；所述分束镜位于聚光凸透镜和准直凸透镜之间，用于将来自准直凸透镜的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜位于准直凸透镜与分束镜相背的一侧，该参考透镜与准直凸透镜相对的表面为凸面，此参考透镜与凸面相背的表面为标准球面，所述圆锥反射镜位于待检测所述环形导轨内，且圆锥反射镜的旋转轴与环形导轨与参考透镜各自的轴线重合，拓展了检测范围，能够实时一次性获得全部立体环形导轨内圆弧面形貌检测信息，提高了测试效率和精度。
[0012]2.本发明用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，其参考光束与测量光束经过同一光路，对外界振动和温度、气流等环境因素的变化能产生彼此共模抑制，一般无需隔震和恒温条件也能获得稳定的干涉条纹，抗震效果好、对外界环境要求低，大大提高了精度和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图1为本发明环形导轨一结构示意图；
附图2为用于检测附图1环形导轨内圆弧面的光学干涉仪结构示意图；
附图3为本发明环形导轨二结构示意图；
附图4为用于检测附图3环形导轨内圆弧面的光学干涉仪结构示意图；
附图5为附图3环形导轨翻转180°后的结构示意图；
附图6为用于检测附图5环形导轨内圆弧面的光学干涉仪结构示意图；
附图7为本发明理想干涉示意图。
[0014]以上附图中:1、内圆弧面；2、环形导轨；3、激光器；4、聚光凸透镜；5、分束镜；6、准直凸透镜；7、参考透镜；71、凸面；72、标准球面；8、圆锥反射镜；81、圆锥面；9、干涉图样接收部件；10、第一小孔光阑；11、第二小孔光阑。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例1:一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，所述内圆弧面I沿环形导轨2周向且位于内侧，包括激光器3、聚光凸透镜4、分束镜5、作为物镜的准直凸透镜6、参考透镜7和圆锥反射镜8，所述聚光凸透镜4位于激光器3和准直凸透镜6之间且聚光凸透镜4的焦点与准直凸透镜6的焦点重合；所述分束镜5位于聚光凸透镜4和准直凸透镜6之间，用于将来自准直凸透镜6的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜7位于准直凸透镜6与分束镜5相背的一侧，该参考透镜7与准直凸透镜6相对的表面为凸面71，此参考透镜7与凸面71相背的表面为标准球面72 ； 所述圆锥反射镜8位于待检测所述环形导轨2内，且圆锥反射镜8的旋转轴与环形导轨2与参考透镜7各自的轴线重合，所述圆锥反射镜8的圆锥面81与环形导轨2的内圆弧面I面对面放置；
来自参考透镜7的汇聚光线经圆锥反射镜8反射后形成的汇聚点与内圆弧面I的曲率中心重合；
干涉图样接收部件9位于所述分束镜5 —侧，用于接收来自分束镜5的第二光束。
[0016]上述环形导轨2中内圆弧面I的中心轴线与圆锥反射镜8的旋转轴垂直时，位于所述圆锥反射镜8左、右侧的圆锥面81夹角为直角。
[0017]上述聚光凸透镜4与准直凸透镜6的焦点重合处设有一第一小孔光阑10。
[0018]上述分束镜5与干涉图样接收部件9之间设有一第二小孔光阑11。
[0019]上述干涉图样接收部件9为CXD相机或者成像屏。
[0020]上述圆锥反射镜8位于参考透镜7的焦距内。
[0021]检测过程分两部，如附图1、2所示，首先检测被测件即环形导轨2内表面的上半部分，再将被测件翻转180度实现下半部分的检测。
[0022]实施例2:—种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，所述内圆弧面I沿环形导轨2周向且位于内侧，包括激光器3、聚光凸透镜4、分束镜5、作为物镜的准直凸透镜6、参考透镜7和圆锥反射镜8，所述聚光凸透镜4位于激光器3和准直凸透镜6之间且聚光凸透镜4的焦点与准直凸透镜6的焦点重合；所述分束镜5位于聚光凸透镜4和准直凸透镜6之间，用于将来自准直凸透镜6的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜7位于准直凸透镜6与分束镜5相背的一侧，该参考透镜7与准直凸透镜6相对的表面为凸面71，此参考透镜7与凸面71相背的表面为标准球面72 ；
所述圆锥反射镜8位于待检测所述环形导轨2内，且圆锥反射镜8的旋转轴与环形导轨2与参考透镜7各自的轴线重合，所述圆锥反射镜8的圆锥面81与环形导轨2的内圆弧面I面对面放置；
来自参考透镜7的汇聚光线经圆锥反射镜8反射后形成的汇聚点与内圆弧面I的曲率中心重合；
干涉图样接收部件9位于所述分束镜5 —侧，用于接收来自分束镜5的第二光束。
[0023]上述环形导轨2中内圆弧面I的中心轴线与圆锥反射镜8的旋转轴夹角为锐角时，环形导轨2中内圆弧面I的中心轴线与圆锥反射镜8的旋转轴夹角以锐角为准，如附图
3、5所示，采用两种圆锥反射镜8，一种圆锥反射镜8其左、右侧的圆锥面81夹角为钝角，另一种圆锥反射镜8其左、右侧的圆锥面81夹角为锐角。
[0024]上述聚光凸透镜4与准直凸透镜6的焦点重合处设有一第一小孔光阑10。
[0025]上述分束镜5与干涉图样接收部件9之间设有一第二小孔光阑11。
[0026]上述干涉图样接收部件9为CXD相机或者成像屏。
[0027]上述圆锥反射镜8位于参考透镜7的焦距内。
[0028]检测过程分两部，首先使用圆锥反射镜8左、右侧的圆锥面81夹角为钝角的圆锥反射镜8，检测被测件内表面的上半部分，再换成左、右侧的圆锥面81夹角为锐角的圆锥反射镜8将被测件的下半部分测完。
[0029]本实施例用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，工作过程如下。[0030]所述由激光器3出射的光束由聚光凸透镜4会聚于准直凸透镜6的焦点上的小孔光阑10处，光束透过分束镜5通过准直凸透镜6以平行光出射，投射在参考透镜7上。它的下表面是标准球面72，圆锥反射镜8与被测的环形导轨2同轴并垂直放于参考透镜7的下方。一部分光线从标准球面72反射，而另一部分光线透过标准球面72射到被测件的内内圆弧面I上，由被测表面反射回一部分光线。这两部分光线都经分束镜5反射，在出瞳11处形成两个明亮的小孔像。再将干涉图样接收部件9CCD相机调焦在标准球面72和被测环形导轨2的内圆弧面I之间的干涉条纹定域面上，就可以摄取定域面上的由标准球面72和被测内圆弧面I之间形成的干涉图样，再由计算机中的专业软件进行波面恢复和信息处理。如图1所示，一次检测时只能检测导轨圆弧面的上半部分，
所以在一次检测完成后要将被测的环形导轨2翻转180度，针对实施例1则实现下半部分的内圆弧面I检测；针对实施例2翻转180度后还要更换角锥，进行下半部分的内圆弧面I检测。
[0031]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于检测环形导轨内圆弧面的光学干涉仪，所述内圆弧面(I)沿环形导轨(2)周向且位于内侧，其特征在于:包括激光器(3)、聚光凸透镜(4)、分束镜(5)、作为物镜的准直凸透镜(6)、参考透镜(7)和圆锥反射镜(8)，所述聚光凸透镜(4)位于激光器(3)和准直凸透镜(6)之间且聚光凸透镜(4)的焦点与准直凸透镜(6)的焦点重合；所述分束镜(5)位于聚光凸透镜(4)和准直凸透镜(6)之间，用于将来自准直凸透镜(6)的光线分为第一光束和第二光束；所述参考透镜(7)位于准直凸透镜(6)与分束镜(5)相背的一侧，该参考透镜(7)与准直凸透镜(6)相对的表面为凸面(71)，此参考透镜(7)与凸面(71)相背的表面为标准球面(72)； 所述圆锥反射镜(8)位于待检测所述环形导轨(2)内，且圆锥反射镜(8)的旋转轴与环形导轨(2)和参考透镜(7)各自的轴线重合，所述圆锥反射镜(8)的圆锥面(81)与环形导轨(2)的内圆弧面(I)面对面放置，来自参考透镜(7)的汇聚光线经圆锥反射镜(8)反射后形成的汇聚点与内圆弧面(I)的曲率中心重合； 干涉图样接收部件(9)位于所述分束镜(5) —侧，用于接收来自分束镜(5)的第二光束。
2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于:当所述环形导轨(2)中内圆弧面(I)的中心轴线与圆锥反射镜(8)的旋转轴垂直时，位于所述圆锥反射镜(8)左、右侧的圆锥面(81)夹角为直角；当所述环形导轨(2)中内圆弧面(I)的中心轴线与圆锥反射镜(8)的旋转轴夹角为锐角时，位于所述圆锥反射镜(8)左、右侧的圆锥面(81)夹角为钝角或者锐角。
3.根据权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于:所述聚光凸透镜(4)与准直凸透镜(6)的焦点重合处设有一第一小孔光阑(10)。
4.根据权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于:所述分束镜(5)与干涉图样接收部件(9 )之间设有一第二小孔光阑(11)。
5.根据权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于:所述干涉图样接收部件(9)为(XD相机或者成像屏。
6.根据权利要求1或2所述的光学检测装置，其特征在于:所述圆锥反射镜(8)位于参考透镜(7)的焦距内。
【文档编号】G01B11/24GK103615970SQ201310585579
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】韩森, 李雪园, 孙昊 申请人:苏州慧利仪器有限责任公司, 韩森, 李雪园