立式球面干涉拼接测量装置及其调整方法与流程

本发明涉及一种立式球面干涉拼接测量装置及其调整方法，属于干涉拼接测量领域。

背景技术：

随着科技和工业的日益发展，现代工业对于光学元件的精度要求越来越高，特别是近几年对于大数值孔径球面光学元件的精度提出了较高的要求。采用传统的方法对大数值孔径球面光学元件进行测量，需要大孔径的干涉仪和参考镜，成本较高，而采用拼接测量就可以解决这个问题。在拼接测量的过程中，对于被测球面的安装和调整就成为了决定测量精度的关键。现有的干涉拼接测量系统中，主要采用卧式的测量装置，如“子孔径拼接干涉检测光学非球面面形的装置”（200910217903.4）中提出的卧式测量系统，这种测量系统的需要通过调整干涉仪的位置来进行测量，增大了调整误差。如“球面干涉拼接测量装置及其调整方法”（201510739697.9）中提出的一种测量系统，这种测量系统的调整机构包含了调整台轴向的自由度，增加了调整难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的调整技术存在的问题，提出了一种立式球面干涉拼接测量装置及其调整方法，通过调整被测球面的位置完成拼接测量数值孔径较大的球面光学元件，以此解决了大数值孔径的光学元件难于调整测量的问题；能够快速，准确，方便的完成被测球面的调整。

为达到上述目的，本发明的构思是：

对于大孔径的球面光学元件，采用拼接的方法对其进行测量。在测量的过程中，需要球面波的球心与被测球面的球心相重合，被测球面能够绕着球心进行一定角度的转动，同时被测球面的能够自转。

根据上述的构思方案，本发明搭建了如下的系统方案：

一种立式球面干涉拼接测量装置，包括干涉仪、球面波转换镜、三维调整机构a、三维调整机构b、二维调整机构、pc机、被测球面、支架；所述干涉仪安装在支架的顶部，所述球面波转换镜安装在干涉仪的底部，所述二维调整机构上部安装有三维调整机构b，三维调整机构b上部安装有三维调整机构a，组成调整机构；所述被测球面安装在三维调整机构a上，通过调整机构的调整，使被测球面的球心与球面波转换镜的球心重合，并使被测球面的球心与三维调整机构a中的弧摆台的球心重合；所述干涉仪与pc机连接。

所述三维调整机构a是一个360°转动平台固定在垂直调整机构上，垂直调整机构固定在弧摆台上，以满足被测球面自转以及绕着其圆心摆动一定角度的自由度调节。

所述三维调整机构b是一个二维直动平台固定在一个垂直调整机构上，以满足被测球面在xyz方向三个自由度的调节。

所述二维调整机构是两个弧摆台相互正交连接在一起，以满足被测球面两个自由度摆动的调整需求。

一种立式球面干涉拼接测量装置的调整方法，用于对上述的立式球面干涉拼接测量装置进行调整，操作步骤如下：

1）安装球面波转换镜：将球面波转换镜安装在干涉仪的底部，将调整机构安装在干涉仪下方，使被测球面与球面波转换镜的距离约为10厘米；

2）调整三维调整机构a：根据被测球面的曲率半径和三维调整机构a的弧摆台的曲率半径调节垂直调整机构，使被测球面的顶端和三维调整机构a的弧摆台底端的距离等于两个曲率半径之和，即两个球面的球心重合；

3）调整二维调整机构：在调整二维调整机构的同时调整三维调整机构b的z轴方向；观察反射光斑的位置，当调整z轴方向时，干涉仪的反射光斑始终在干涉仪十字交叉线的中间点附近，则说明调整机构的轴线与球面波转换镜的轴线重合，并且都通过被测球面的球心，达到调整效果；

4）调整三维调整机构b：在步骤3）的基础上进行微调，通过调整xyz三个轴向的位置，使反射光斑处于十字交叉线的中心位置；

5）以上为初步调整，目的是将被测球面调整到起始位置，以上步骤完成后，调整调整三维调整机构b的z轴，使反射光斑最小，使用干涉仪测量被测球面的中心子孔径；

6）调整三维调整机构a：旋转三维调整机构a的弧摆台25°，测量被测球面的第二个子孔径；

7）调整三维调整机构a：旋转360°转动平台，每次旋转40°，并使用干涉仪测量被测球面的每个子孔径的数据；最终实现全孔径的测量。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明提出的立式球面干涉拼接测量装置通过改进以往的卧式测量系统，将干涉仪用支架吊装起来，使干涉仪垂直于地面，并使被测球面的轴线与干涉仪出射光的轴线重合。这样既去除了移动干涉仪带来的调整误差，又减少了调整台轴向的自由度，能够更加快速、准确的完成对被测球面的调整和测量。

附图说明

图1是立式球面干涉拼接测量装置整体结构示意图。

图2是调整机构的结构示意图。

图3是三维调整机构a示意图。

图4是三维调整机构a的组成部件示意图。

图5是三维调整机构b示意图。

图6是三维调整机构b的组成部件示意图。

图7是二维调整机构示意图。

图8是测量装置调整方法的程序框图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

参见图1和图2，一种立式球面干涉拼接测量装置，包括干涉仪1、球面波转换镜2、三维调整机构a3、三维调整机构b4、二维调整机构5、pc机6、被测球面7、支架8；所述干涉仪1安装在支架8的顶部，所述球面波转换镜2安装在干涉仪1的底部，所述二维调整机构5上部安装有三维调整机构b4，三维调整机构b4上部安装有三维调整机构a3，组成调整机构；所述被测球面7安装在三维调整机构a3上，通过调整机构的调整，使被测球面7的球心与球面波转换镜2的球心重合，并使被测球面7的球心与三维调整机构a3中的弧摆台的球心重合；所述干涉仪1与pc机6连接。

如图3和图4所示，所述三维调整机构a3是一个360°转动平台固定在垂直调整机构上，垂直调整机构固定在弧摆台上，以满足被测球面7自转以及绕着其圆心摆动一定角度的自由度调节。

如图5和图6所示，所述三维调整机构b4是一个二维直动平台固定在一个垂直调整机构上，以满足被测球面7在xyz方向三个自由度的调节。

如图7所示，所述二维调整机构5是两个弧摆台相互正交连接在一起，以满足被测球面7两个自由度摆动的调整需求。

如图8所示，一种立式球面干涉拼接测量装置的调整方法，用于对上述的立式球面干涉拼接测量装置进行调整，操作步骤如下：

1）安装球面波转换镜2：将球面波转换镜2安装在干涉仪1的底部，将调整机构安装在干涉仪1下方，使被测球面7与球面波转换镜2的距离约为10厘米；

2）调整三维调整机构a3：根据被测球面7的曲率半径和三维调整机构a3的弧摆台的曲率半径调节垂直调整机构，使被测球面7的顶端和三维调整机构a3的弧摆台底端的距离等于两个曲率半径之和，即两个球面的球心重合；

3）调整二维调整机构5：在调整二维调整机构5的同时调整三维调整机构b4的z轴方向；观察反射光斑的位置，当调整z轴方向时，干涉仪1的反射光斑始终在干涉仪十字交叉线的中间点附近，则说明调整机构的轴线与球面波转换镜2的轴线重合，并且都通过被测球面7的球心，达到调整效果；

4）调整三维调整机构b4：在步骤3）的基础上进行微调，通过调整xyz三个轴向的位置，使反射光斑处于十字交叉线的中心位置；

5）以上为初步调整，目的是将被测球面7调整到起始位置，以上步骤完成后，调整调整三维调整机构b4的z轴，使反射光斑最小，使用干涉仪1测量被测球面7的中心子孔径；

6）调整三维调整机构a3：旋转三维调整机构a3的弧摆台25°，测量被测球面7第二个子孔径；

7）调整三维调整机构a3：旋转360°转动平台，每次旋转40°，并使用干涉仪1测量被测球面7每个子孔径；最终实现全孔径的测量。