束，并分别照射在待测非球面元件5和参考球面元件6上,从参考球面元件6和待测非球面元件5上反射的光在分光镜4上叠加形成干涉条纹，干涉条纹经过成像透镜7后由CXD相机8获取。待测非球面元件5和参考球面6分别固定在横向导轨12和纵向导轨11上，可以发生横向或纵向平移；针孔滤波器3位于参考球面元件6的球心处；CCD相机8将采集到的图像信息发送到图像采集卡9中，图像采集卡9将图像信息经过数模转换后传输到计算机10中，由计算机10进行数据处理。
[0015]在非球面实时干涉测量中，首先根据待测非球面元件5加工一个与之匹配的最接近球面作为参考球面元件6 ;并将待测非球面元件5安装在横向导轨12上,参考球面元件6安装在纵向导轨11上；调整纵向导轨11和横向导轨12，使得针孔滤波器3位于参考球面元件6的球心处，且待测非球面元件5与参考球面元件6关于分光镜4大致呈对称位置分布。在连接好各种仪器和元件后打开He-Ne激光器I,He-Ne激光器I出射的光束经过显微物镜2会聚到针孔滤波器3的针孔处形成标准球面光波，该标准球面光波被分光镜4分为两束:其中一束入射到参考球面元件6上作为参考光,另外一束入射到待测非球面元件5上,从参考球面元件6和待测非球面元件5反射的光重新在分光镜4上叠加形成干涉，干涉条纹经过成像透镜7后由C⑶相机8获取。调整横向导轨12，观察干涉条纹的稀疏。对于浅度非球面元件，形成的干涉条纹密度较小，如图2所示，经过CCD相机8完成光电转换后由图像采集卡9完成模数转换，最后进入计算机10进行信号处理获得光程差和待测非球面元件的面形信息。
[0016]对于精磨阶段的大口径深度非球面元件，由于整个口径范围内的干涉条纹比较密，会造成条纹的重叠而导致CCD相机8无法分辨，此时，调整横向导轨12，改变参考球面元件6和待测非球面元件5之间的相对位置，两者之间的空气隙薄膜的厚度分布也会随之发生改变，干涉条纹的密度和分布也会随之发生改变，条纹稀疏点的位置也随之发生改变。将CCD相机8拍摄下来的干涉条纹输入到计算机10中，就可以在显示器上实时监测干涉条纹的即时变化信息，对应稀疏处的干涉条纹发生的扭曲和偏折情况，在待测非球面元件5上实时的做出标记，利于其进一步的精磨和修正抛光处理，从而加快非球面元件加工的效率。
[0017]如图3所示,为条纹稀疏位置在A点和B点的干涉条纹图。在B点附近的P点处条纹也相对比较稀疏，而且条纹发生明显的外凸，由本发明所设计的光路可以判断出，在待测非球面元件5的表面P点附近有一个明显的凸起，用记号笔对照显示器上的干涉条纹图在待测非球面元件的P点附近做出标记，进行下一步的精磨和修正抛光处理。调整横向导轨12，A点和B点的位置发生改变，条纹稀疏位置也随之变化。在一定范围内缓慢调节横向导轨12，可以观察到待测非球面元件5的整个口径范围内干涉条纹的即时变化信息，从而实现大口径深度非球面元件在精磨阶段的面形实时检测。
【主权项】
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，CXD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兀件上作为参考光，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CXD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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01B11-24
【公开号】CN104634275
【申请号】CN201510037684
【发明人】王勤, 张利伟, 汪舰, 陈亮, 曹伟涛, 赵晓霞
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月26日