CN107462185B - 实现超大口径平面镜面形检测的装置 - Google Patents

实现超大口径平面镜面形检测的装置 Download PDF

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Abstract

一种实现超大口径平面镜面形检测的装置涉及光学元件面形检测技术领域,包括：转动机构；移动机构，所述移动机构设置于转动机构上，移动机构带动被检平面镜随着转动机构转动，所述移动机构带动其上的被检平面镜在移动机构表面水平或竖直方向移动；球面反射机构，所述球面反射机构的中心与被检平面镜的中心位于同一平面，球面反射机构距转动机构一定距离、且沿着转动机构圆心转动；激光干涉仪，所述激光干涉仪设置于转动机构的一侧且间隔一定距离，激光干涉仪的出光端中心位置与被测平面镜中心位于同一平面。本发明的有益效果为：满足了检测通用性强，检测精度高，低成本的大口径平面镜全口径高精度面形检测需求。

Description

实现超大口径平面镜面形检测的装置
技术领域
本发明涉及光学元件面形检测技术领域，具体涉及一种实现超大口径平面镜面形检测的装置。
背景技术
大口径光学系统在实际工作前，需要进行自准检验，确认各项参数指标满足设计指标要求。尤其针对大型空间光学成像系统，在地面测试、试验阶段，自准检验更是必不可少的测试步骤，如哈勃望远镜，由于未在地面做自准检验，导致发射后不能正常工作，达不到预期效果，花费了巨额经费进行补救，因此，进行自准检验非常必要。大口径平面镜是大型光学系统自准检验常用的标准器具，平面镜自身的面形精度直接关系到光学系统参数检测结果，对平面镜的面形精度要求较高，因此对大口径平面镜面形检测精度的要求也比较高。
目前口径1m以内的平面镜的全口径面形检测通常是利用大口径的平面干涉仪，直接对其进行面形检测，但随着光学系统口径的不断做大，平面镜的整体尺寸也在不断增大，这种方法受被检镜口径尺寸的限制，若要制造更大口径的平面干涉仪，其制作成本很高、并且研制难度较高，现阶段，口径超过1m的平面镜无法使用平面干涉仪直接进行面形检测。以往基于瑞奇-康芒原理等研制的平面镜面形检测装置，面对口径超过1m的平面镜都有其局限性，装置的通用性不足。因此，针对超大口径(口径超过1m)平面镜研制面形检测的装置，实现平面镜的全口径高精度面形检测，并且该装置具有高精度、通用性强等特点。
如中国专利公开报道了“一种康芒法大口径平面镜检验集成装置”公开号为CN101639350A。该装置是基于瑞奇-康芒检测原理，该装置包括：本体上具有固连球面镜支架，载物台上安放有平面镜转台-支架系统，同时可以360°自由回转的高精度转台，这种方法的局限性是面对大口径的平面镜，需要更大口径的球面标准镜，受研制成本等因素的限制，测试通用性不足。
发明内容
为解决上述现有技术存在的解决现有通用性不足，受成本限制，无法检测更大口型的平面镜的问题，本发明提供一种实现超大口径平面镜面形检测的装置。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种实现超大口径平面镜面形检测的装置，包括：
转动机构；
移动机构，所述移动机构设置于转动机构上，移动机构带动被检平面镜随着转动机构转动，所述移动机构带动其上的被检平面镜在移动机构表面水平或竖直方向移动；
球面反射机构，所述球面反射机构的中心与被检平面镜的中心位于同一平面，球面反射机构距转动机构一定距离、且沿着转动机构圆心转动；
激光干涉仪，所述激光干涉仪设置于转动机构的一侧且间隔一定距离，激光干涉仪的出光端中心位置与被检平面镜中心位于同一平面。
进一步的，所述转动机构为转台，转台带动被检平面镜沿其轴线360°转动，转台到激光干涉仪的垂直距离为激光干涉仪2与转动机构间隔的一定距离。
进一步的，所述移动机构包括夹紧机构、水平导轨和竖向导轨，所述夹紧机构沿其中心轴360°转动，夹紧机构通过中心轴带动沿水平导轨沿水平方向移动；水平导轨沿竖向导轨在竖直方向移动。
进一步的，所述球面反射机构包括弧形导轨和球面镜，球面镜移动的设置于弧形导轨靠近转台的一侧，球面镜的中心与被检平面镜的中心位于同一平面，球面镜到转台的垂直距离为球面反射机构距转动机构的一定距离。
优选的，所述转台到激光干涉仪的垂直距离与球面镜到转台的垂直距离之和为球面镜的曲率半径。
进一步的，还包括工作平台，所述激光干涉仪、转台和弧形导轨都固定于工作平台上。
在上述技术方案中，本发明提供的一种实现超大口径平面镜面形检测的装置的有益效果为：通过旋转机构和移动机构的配合使用，完成对大口径(口径大于1m)的平面镜面形的检测，由于旋转机构和移动机构之间的距离以及旋转机构和球面反射机构之间距离都为可调模式，增大检测范围，节约制作成本。该装置满足了检测通用性强，检测精度高，低成本的大口径平面镜全口径高精度面形检测需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例所述的实现超大口径平面镜面形检测的装置的结构示意图；
图2是图1去掉支架和移动机构的俯视图。
附图标记说明：
1、被检平面镜；2、激光干涉仪；3、转台；4、夹紧机构；5、水平导轨；6、竖向导轨；7、中心轴；8、弧形导轨；9、球面镜；10、工作平台。
具体实施方法
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1-2所示；
本发明的一种实现超大口径平面镜面形检测的装置，包括：
转动机构；
移动机构，所述移动机构设置于转动机构上，移动机构带动被检平面镜随着转动机构转动，所述移动机构带动其上的被检平面镜1在移动机构表面水平或竖直方向移动；
球面反射机构，所述球面反射机构的中心与被检平面镜1的中心位于同一平面，球面反射机构距转动机构一定距离、且沿着转动机构圆心转动；
激光干涉仪2，所述激光干涉仪2设置于转动机构的一侧且间隔一定距离，激光干涉仪2的出光端中心位置与被检平面镜1中心位于同一平面。
具体的，球面反射机构中心、被检平面镜中心和激光干涉仪的出光端中心位于同一平面，有效地保证了检测的精准度，工作时，被检平面镜1通过转动机构带动旋转，同时被检平面镜1上的移动机构随着转动，转动机构转动到一定角度时，激光干涉仪2工作，射出的光束经被检平面镜1反射后传输给球面反射机构，再依次经过球面反射机构和被检平面镜1反射给激光干涉仪2，完成该角度的被检平面镜中心位置的检测；再通过移动机构，水平或竖直移动被检平面镜1的位置，继续上述工作过程；通过对被检平面镜1的多个不同位置的检测，能有效保证检测精度，同时检测通用性强。
所述转动机构为转台3，转台3带动被检平面镜1沿其轴线360°转动，转台3到激光干涉仪2的垂直距离为激光干涉仪2与转动机构间隔的一定距离。所述移动机构包括夹紧机构4、水平导轨5和竖向导轨6，所述夹紧机构4沿其中心轴7作360°转动，夹紧机构4通过中心轴7带动沿水平导轨5沿水平方向移动；水平导轨5沿竖向导轨6在竖直方向移动。
转台3采用高精度精密转台；转台3转动时，带动被检平面镜1转动，同时，夹紧机构4夹紧被检平面镜1，因此其沿中心轴7转动，转台3和夹紧机构4的双向定位被检平面镜1，保证了在整个检测过程中被检平面镜1的稳定，以使被检平面镜中心1、激光干涉仪2出光端的中心以及球面反射机构的中心位于同一平面，有效保证了检测精度。夹紧机构4通过中心轴7带动沿水平导轨5沿水平方向移动；水平导轨5沿竖向导轨6在竖直方向移动，便于控制被检平面镜1的移动。夹紧机构4可采用机械手来实现。移动机构为大行程高精度二维平移导轨，其通过水平导轨5和竖向导轨6实现被检平面镜1在二维平面(转台3的顶面)内移动。
所述球面反射机构包括弧形导轨8和球面镜9，球面镜9移动的设置于弧形导轨8靠近转台3的一侧，球面镜9的中心与被检平面镜1的中心位于同一平面，球面镜9为大孔径标准球面镜，球面镜9到转台3的垂直距离为球面反射机构距转动机构的一定距离。
弧形导轨8和球面镜9的配合设置，无需采用整个球面镜包围被检平面镜，大大减小了需要球面镜的尺寸，同时，具体工作时，球面镜9可在弧形导轨8侧面移动，因此只需满足能够反射经被检平面镜1反射的光束尺寸即可，大大解决了成本。
所述转台到激光干涉仪的垂直距离与球面镜到转台的垂直距离之和为球面镜的曲率半径。
本实现超大口径平面镜面形检测的装置还包括工作平台10，所述激光干涉仪2、转台3和弧形导轨8都固定于工作平台10上。检测时，依据被检平面镜1的实际参数，将全口径划分成若干个子孔径(被检位置)，并规划测试路径。
第一步，将球面镜9在弧形导轨8侧面上移动至弧形导轨8的0度位置上，使用激光干涉仪2对球面镜9的面形进行检测，确定球面镜9的面形精度；存储以便用于后续面形数据处理；
第二步，将大口径的被检平面镜1放置在转台3上并固定，使被检平面镜1与激光干涉仪2、球面镜9组成检测光路；
第三步，调整转台2与球面镜9的位置，使被检平面镜1的中心与球面镜9的中心位于同一高度，转动转台3，将被检平面镜1旋转到相对球面镜9的夹角为45°的位置上；
第四步，将激光干涉仪2放置在距被检平面镜1一定位置，并保证出激光干涉仪2出光端的中心与被检平面镜1中心位于同一高度，同时，保持激光干涉仪2的出光端到转台3的垂直距离与转台3到球面镜9的垂直距离之和为球面镜的9曲率半径；调整光路，保证整个光路中心一致，激光干涉仪2能够较好的测出此时波像差；进行第一个子孔径瑞奇角度45°时的瑞奇-康芒检测；
第五步，转动转台3，使其中心轴线测试光束角度为30°，将球面镜9沿弧形导轨8移动到30°位置处，微调球面镜9俯仰偏摆，使光路返回激光干涉仪2，进行瑞奇角30°的检测；从而完成第一个子孔径的两角度检测；
第六步，通过水平导轨5或竖向导轨6，使被检平面镜1沿水平或竖直方向移动到第二个子孔径坐标位置，使第二个子孔径中心对准球面镜9中心，微调光路，进行30°瑞奇角度下的检测；
第七步，转动转台3，使其中心轴线测试光束角度为45°，将球面镜9沿弧形导轨8移动到45°位置处，微调球面镜9俯仰偏摆，使光路返回激光干涉仪2，进行瑞奇角45°的检测；从而完成第二个子孔径的两角度检测；
第八步，按预先规划好的子孔径坐标位置，移动被检平面镜1依次到不同子孔径位置，完成全部子孔径的两角度检测。
最后，根据子孔径重叠区域数据，利用拼接算法对测试数据进行平面镜面形恢复，最终得到2m平面镜的全口径面形。
上述方法采用的是孔径拼接技术结合瑞奇-康芒检测原理来实现大口径平面镜的高精度全口径面形检测。通过转动机构分别与移动机构和球面反射机构之间距离的可调整，球面发射机构无需包覆整个被检平面镜1，增大检测范围，能实现2m口径量级平面镜的全口径高精度面形检测装置；不但在一定程度上提高了子孔径拼接法的拼接效率，避免瑞奇-康芒检测受大口径标准球面镜尺寸限制的问题，同时可充分利用现有的条件设备，节约制作成本。该装置满足了检测通用性强，检测精度高，低成本的大口径平面镜全口径高精度面形检测需求。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种实现超大口径平面镜面形检测的装置，其特征在于，包括：
转动机构；
移动机构，所述移动机构设置于转动机构上，移动机构带动被检平面镜随着转动机构转动，所述移动机构带动其上的被检平面镜(1)在移动机构表面水平或竖直方向移动；
球面反射机构，所述球面反射机构的中心与被检平面镜(1)的中心位于同一平面，所述球面反射机构距转动机构一定距离、且沿着转动机构圆心转动；
激光干涉仪(2)，所述激光干涉仪(2)设置于转动机构的一侧且间隔一定距离，激光干涉仪(2)的出光端中心位置与被测平面镜(1)中心位于同一平面；
所述球面反射机构包括弧形导轨(8)和球面镜(9)，所述球面镜(9)能够移动的设置于弧形导轨(8)靠近转台(3)的一侧，球面镜(9)的中心与被检平面镜(1)的中心位于同一平面，球面镜(9)到转台(3)的垂直距离为球面反射机构距转动机构的一定距离；
所述转台(3)到激光干涉仪(2)的垂直距离与球面镜(9)到转台(3)的垂直距离之和为球面镜(9)的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的实现超大口径平面镜面形检测的装置，其特征在于：所述转动机构为转台(3)，转台(3)带动被检平面镜(1)沿其轴线360°转动，转台(3)到激光干涉仪(2)的垂直距离为激光干涉仪(2)与转动机构间隔的一定距离。
3.根据权利要求1所述的实现超大口径平面镜面形检测的装置，其特征在于：所述移动机构包括夹紧机构(4)、水平导轨(5)和竖向导轨(6)，所述夹紧机构(4)能够沿其中心轴(7)360°转动，所述夹紧机构(4)通过中心轴(7)带动沿水平导轨(5)沿水平方向移动；所述水平导轨(5)能够沿竖向导轨(6)在竖直方向移动。
4.根据权利要求1所述的实现超大口径平面镜面形检测的装置，其特征在于：还包括工作平台(10)，所述激光干涉仪(2)、转台(3)和弧形导轨(8)都固定于工作平台(10)上。
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