一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统的制作方法

文档序号:11758531阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:其包括接触探针、气浮轴承、光学干涉系统、图像采集处理系统和软件处理系统,所述光学干涉系统包括:一个光源、一个激光扩束系统、一个猫眼反射镜、两个反射镜、一个偏振分光镜、一个1/2λ波片、三个1/4λ玻片、一个分束光栅或全息分束单元、一个空间滤波器和一组偏振片组;所述图像采集处理系统包括:CCD相机、图像采集卡和计算机,软件处理系统包括:相位计算模块、面形坐标转换模块、曲面拟合模块和误差分析模块;

所述光源发射的激光通过 1/2λ波片,形成圆偏振光,通过激光扩束系统放大,并被第一个反射镜反射到偏振分光镜中,偏振分光镜将一部分偏振光束反射,通过第一个1/4λ玻片改变偏振态,入射到猫眼反射镜中,形成物光,猫眼反射镜中的非球面透镜将物光光束始终聚焦在其反射镜面上,猫眼反射镜与接触探针粘连在一起,随接触探针在模具表面滑动,所述接触探针由气浮轴承驱动与控制,使得模具表面形貌的变化信息编码在物光中;

偏振分光镜将另外一部分光束透射,通过第二个1/4λ波片,入射到第二个反射镜,并被第二个反射镜反射,形成参考光束;离开偏振分光镜后,参考光与物光相遇,通过空间滤波器滤除杂散光,并被分束光栅或全息分束单元分成四束等光强的物-参混合光束,再次通过第三个1/4λ波片和偏振片组,形成四幅不同相移量的空间干涉条纹,并成像在 CCD相机 中,图像采集卡将CCD 相机中的图像模拟信号导入计算机,在计算机中进行干涉图像处理,提取模具表面的变化信息,实现非球面模具的形面测量。

2.根据权利要求1所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述气浮轴承包括轴承外圈、测量主轴、设置在轴承外圈和测量主轴之间的前端轴承和后端轴承,所述前端轴承和后端轴承与轴承外圈之间的间隙连通,所述后端轴承与轴承外圈之间的间隙处开有第三气体进口,所述测量主轴上设有段差A和段差B,所述轴承外圈上设有配合段差A的第一气体进口和配合段差B的第二气体进口,所述接触探针通过测量主轴粘结在猫眼反射镜上。

3.根据权利要求1所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述偏振片组由偏振方向分别为 0°,45°,90°和 135°的四块偏振片呈空间正方形排列组成,四副空间干涉条纹的相移量分别为 0、π/2、π和3π/2。

4.根据权利要求1所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述相位计算模块:基于图像匹配算法寻找多幅相移干涉图中同一测量位置的光强值变化,根据不同的光强值采用最小二乘法从相移干涉图中获取相位图;

所述面形坐标转换模块:基于波面理论,建立相位值与位移值之间的关系;所述曲面拟合模块:采取最小二乘法或多项式法进行曲面拟合,获取最终的被测面形;计算拟合误差。

5.根据权利要求1所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述误差分析模块:通过微分方法建立系统的误差模型,对影响测量精度的误差因素进行分析并提出修正方法。

6.根据权利要求5所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述影响测量精度的误差因素主要有:光学元件面形误差、猫眼反射镜的加工误差、气浮轴承的加工误差、探针误差、偏振片制造误差、波片误差、光束入射角误差、CCD的非线性响应误差、多幅相移干涉图的匹配误差、干涉图的后续软件处理误差。

7.根据权利要求1所述的一种混合式非球面透镜模具的在位测量系统,其特征在于:所述光源采用波长为632.8nm的He-Ne激光器或半导体激光器,第二个反射镜为参考反射镜。

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