CN107543830B - 球面光学元件表面疵病的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球面光学元件表面疵病的检测装置，其包括：工作台、气动浮台、三轴移动滑台及显微物镜成像设备。气动浮台设置于所述工作台上，且能绕自身轴线以一定角速度转动。气动浮台用于放置待检测的光学元件。三轴移动滑台设置于所述工作台上。显微物镜成像设备设置于三轴移动滑台的末端，用于拍摄气动浮台上的光学元件。三轴移动滑台将显微物镜成像设备移动至气动浮台的正中心，并在每间隔一预设时间时，驱动显微物镜成像设备向气动浮台的边缘移动一预设距离，直至显微物镜成像设备位于气动浮台的边缘。本发明还提供一种检测方法。本发明能够对光学元件表面疵病的进行检测及数字化评估，极大提高检测效率及检测精度。

Description

球面光学元件表面疵病的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及检测装置及其检测方法，尤其涉及一种针对球面光学元件表面疵病的检测装置及其检测方法。

背景技术

光学元件表面的疵病会影响成像质量，使光学元件造成不必要的散射与衍射，进而造成能量损失，尤其对于大口径光学元件，例如大口径望远镜、国家点火装置、光刻物镜等，会造成很大的能量损失。传统的大口径光学元件表面形貌的检测方法主要是目视法，但目视法个人主观因素影响多，长时间目视会造成人眼疲劳，同时无法给出疵病的定量描述。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种球面光学元件表面疵病的检测装置及其检测方法，以解决上述问题。

本发明提供一种检测装置，所述检测装置用于检测光学元件的表面疵病。

所述检测装置包括：

工作台；

气动浮台，所述气动浮台设置于所述工作台上，且能够绕自身轴线以一定角速度转动，所述气动浮台用于放置待检测的光学元件；

三轴移动滑台，所述三轴移动滑台设置于所述工作台上；

显微物镜成像设备，所述显微物镜成像设备可滑动地设置于所述三轴移动滑台的末端，所述显微物镜成像设备用于拍摄所述气动浮台上的光学元件；

显微物镜转台，所述显微物镜转台设置于所述显微物镜成像设备上，所述显微物镜转台能够驱动所述显微物镜成像设备转动以更好的适应所述光学元件的表面检测；

所述三轴移动滑台将所述显微物镜成像设备移动至所述气动浮台的正中心，且在每间隔一预设时间时，驱动所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动一预设距离，直至所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台上的光学元件的边缘。

进一步的，所述工作台包括支撑本体及设置于所述支撑本体上的支撑柱，所述支撑本体与所述支撑柱之间形成一收容空间，所述气动浮台设置于所述收容空间内，所述三轴移动滑台设置于所述支撑柱上。

进一步的，所述三轴移动滑台包括第一滑轨，第二滑轨和第三滑轨，所述第一滑轨设置于所述支撑柱上，所述第二滑轨与所述第一滑轨垂直，且可滑动地设置于所述第一滑轨上，所述第三滑轨同时垂直于所述第一滑轨和第二滑轨，且可滑动地设置于所述第二滑轨上，所述显微物镜成像设备可滑动地设置于所述第三滑轨靠近所述气动浮台的一端。

进一步的，所述检测装置还包括光源，所述光源设置于所述工作台上，所述光源与所述气动浮台相对，所述光源发出的光能够在所述光学元件内折射和衍射，使得所述光学元件的疵病形成可被所述显微物镜成像装置拍摄到的光斑。

进一步的，在所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动所述预设距离时，所述三轴移动滑台驱动所述显微物镜成像设备向靠近所述气动浮台的方向运动，使得所述显微物镜成像设备走出与所述光学元件表面曲线相适应的轨迹。

一种应用于所述检测装置上的检测方法，包括步骤：将待测光学元件放置在所述气动浮台上；调节所述三轴移动滑台使得所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的正中心；调节所述显微物镜成像设备使所述气动浮台上的光学元件位于所述显微物镜成像设备的镜头工作距内，保证所述显微物镜成像设备可以清楚成像；及所述三轴移动滑台在每间隔一预设时间时，驱动所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动一预设距离，直至所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的光学元件边缘。

进一步的，步骤“调节所述三轴移动滑台使得所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的正中心”具体为：沿着所述第一导轨移动所述第二导轨使所述第二导轨位于所述气动浮台的中心线上，沿着所述第二导轨移动所述第三导轨使所述第三导轨位于所述气动浮台的中心线上。

进一步的，所述检测方法还包括步骤：所述光源从侧面照射所述气动浮台及其上的光学元件，所述光源发出的光能够在所述光学元件内折射和衍射，使得所述光学元件的疵病形成可被所述显微物镜成像装置拍摄到的光斑。

进一步的，所述检测方法包括步骤：在所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动所述预设距离时，所述三轴移动滑台驱动所述显微物镜成像设备向靠近所述气动浮台的方向运动，使得所述显微物镜成像设备走出与所述光学元件表面曲线相适应的轨迹。

本发明对光学元件在终检过程中进行其表面疵病的检测，数字化评估其疵病特征，进而为高精度光学加工提供指导数据，且极大提高检测效率及检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。

图1为本发明光学元件表面疵病的检测装置的立体示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明光学元件表面疵病的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

请参阅图1至图3，为一种光学元件表面疵病的检测装置的结构示意图。所述检测装置100包括工作台10。所述工作台10包括支撑本体12，及设置在支撑本体12上的支撑柱14。本实施方式中，所述支撑柱14的数量为两个，所述两个支撑柱14设置于所述支撑本体12的两侧，所述支撑本体12及所述两个支撑柱14之间形成大致呈U形的收容空间16。

所述检测装置100还包括气动浮台20。所述气动浮台20呈柱形，设置于所述收容空间16内，且位于所述工作台10的正中心。所述气动浮台20用于放置待检测的光学元件300。所述气动浮台20能够绕自身轴线做回转运动，且所述光学元件300能够且随着所述气动浮台20的转动而转动。本实施方式中，所述光学元件300为球面光学元件。可理解，在其它实施方式中，所述气动浮台20的结构不限于柱形。

所述检测装置100还包括三轴移动滑台30。所述三轴移动滑台30设置于工作台10上。本实施方式中，所述三轴移动滑台30设置于所述两个支撑柱14上。

所述三轴移动滑台30包括第一导轨32。所述第一导轨32设置于所述支撑柱14上。本实施方式中，所述第一导轨32的数量为两个，所述两个第一导轨32分别设置于所述两个支撑柱14上，且互相平行。本实施方式中，所述两个第一导轨32可沿Y轴向设置。可理解，在其它实施方式中，所述两个第一导轨32可沿X轴向设置。

所述三轴移动滑台30还包括第二导轨34。所述第二导轨34可滑动地设置于所述第一导轨32上，并与所述第一导轨322相垂直，且位于所述气动浮台20的上方。本实施方式中，所述第二导轨34可滑动地连接于所述两个第一导轨3221之间，且沿X轴向设置。可理解，在其它实施方式中，所述第二导轨34可沿Y轴向设置。

所述三轴移动滑台30还包括第三导轨36。所述第三导轨36可滑动地设置于所述第二导轨34上，并与所述第二导轨34和第一导轨32均垂直，且位于所述气动浮台20的上方。所述第三导轨36沿Z轴向设置。

所述检测装置100还包括显微物镜成像设备40。所述显微物镜成像设备40可滑动地设置于所述三轴移动滑台30靠近所述气动浮台20的一端。本实施方式中，所述显微物镜成像设备40可滑动地设置于所述第三导轨36靠近所述气动浮台20的一端。所述显微成像装置40可在所述第三导轨36的导向下沿着Z轴方向运动。所述显微物镜成像设备40还在所述第一导轨32和第二导轨34的导向下沿着X轴向或者Y轴向运动。

所述检测装置100还包括光源50。所述光源50设置于所述工作台10上。本实施方式中，所述光源50设置于所述两个支撑柱14上。所述光源50面向所述气动浮台20。所述光源50发出的光能够射到位于所述气动浮台20上的光学元件300上，所述光源50发出的光还被所述气动浮台20上的光学元件300散射和衍射，使得所述光在所述光学元件300内能够形成可被所述显微物镜成像设备40拍摄到的光斑。

所述检测装置100还包括控制器(图中未示)，所述控制器具有存储功能。所述控制器存储所述气动浮台20的各个位置点的坐标。所述控制器控制所述三轴移动滑台30的精确运动。所述控制器控制所述显微物镜成像设备40拍摄照片并存储所拍摄的照片。所述控制器还分析所拍摄照片以确定所述光学元件300是否具有疵病。

可理解，在其他实施方式中，所述检测装置100还包括警示单元(图未示)。所述检测装置100还在所述光学元件300具有疵病时，控制所述警示单元发出警示。所述检测装置100还包括显微物镜转台60。所述显微物镜转台60设置于所述显微物镜成像设备40上。所述显微物镜转台60转动所述显微物镜成像设备40，使得所述显微物镜成像设备40能够对球面光学元件300的各个位置更好的成像。

可理解，在其它实施方式中，所述两个支撑柱14可省略，所述气动浮台20可直接设置于所述支撑本体12上，所述第一导轨32可直接设置于所述支撑本体12上，所述光源50可通过一支杆(图未示)设置于所述支撑本体12上，使得所述光源50与所述气动浮台20及其上的光学元件300相对即可。

请一并参考图4，为光学元件表面疵病的检测方法的流程图。所述光学元件300为球面光学元件，所述检测方法包括多个步骤，具体如下：

步骤S1，将待测光学元件300(球面光学元件)通过打表的方式放置在所述气动浮台20的正中心。

步骤S2，调节三轴移动滑台30使得显微物镜成像设备40位于气动浮台20的正中心。具体为：沿着第一导轨32移动第二导轨34使第二导轨34位于气动浮台20的中心线上，沿着第二导轨34移动第三导轨36使得第三导轨36位于气动浮台20的中心线上。

步骤S3，调节显微物镜成像设备40使气动浮台20上的光学元件300位于显微物镜成像设备40的镜头工作距内，保证显微物镜成像设备40可以清楚成像。

步骤S4，光源50从侧面照射气动浮台20及其上的光学元件300。

步骤S5，调节三轴移动滑台30使显微物镜成像设备40沿着X轴向或者Y轴向移动一预设距离，优选地，所述移动距离以成像视野的四分之三为宜，同时，调节显微物镜成像设备40使显微物镜成像设备40沿着Z轴向着靠近所述气动浮台20的方向移动一预设距离，使得所述显微物镜成像设备40走出与所述光学元件表面曲线相适应的轨迹。

步骤S6，待气动浮台20绕其自身轴线以一定的角速度转动至少一周后，判断所述显微物镜成像设备40是否位于所述光学元件300的边缘，若否，继续步骤S5，若是，则进入步骤S7。

步骤S7，在气动浮台20转动过程中，显微物镜成像设备40实时地对光学元件300拍照并保存，光学元件300表面疵病的信息因而被记录，后期只需将所需的疵病信息进行提取出来即可。

本发明的光学元件表面疵病的检测装置结构简单，较容易组装，在实际工作生产中易于实现，而且省去了人眼主观判断的误差，可以实现自动精确测量，提高了检测的精度和检测的效率，为大口径光学元件的使用及加工做指导依据。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种检测装置，所述检测装置用于检测球面光学元件的表面疵病，其特征在于，所述检测装置包括：

工作台；

气动浮台，所述气动浮台设置于所述工作台上，且能够绕自身轴线以一定角速度转动，所述气动浮台用于放置待检测的光学元件；

三轴移动滑台，所述三轴移动滑台设置于所述工作台上；

显微物镜成像设备，所述显微物镜成像设备可滑动地设置于所述三轴移动滑台的末端，所述显微物镜成像设备用于拍摄所述气动浮台上的光学元件；

显微物镜转台，所述显微物镜转台设置于所述显微物镜成像设备上，所述显微物镜转台能够驱动所述显微物镜成像设备转动以更好的适应所述光学元件的表面检测；

所述三轴移动滑台将所述显微物镜成像设备移动至所述气动浮台的正中心，且在每间隔一预设时间时，驱动所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动一预设距离，直至所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台上的光学元件的边缘；

所述工作台包括支撑本体及设置于所述支撑本体上的支撑柱，所述支撑本体与所述支撑柱之间形成一收容空间，所述气动浮台设置于所述收容空间内，所述三轴移动滑台设置于所述支撑柱上；

所述三轴移动滑台包括第一滑轨，第二滑轨和第三滑轨，所述第一滑轨设置于所述支撑柱上，所述第二滑轨与所述第一滑轨垂直，且可滑动地设置于所述第一滑轨上，所述第三滑轨同时垂直于所述第一滑轨和第二滑轨，且可滑动地设置于所述第二滑轨上，所述显微物镜成像设备可滑动地设置于所述第三滑轨靠近所述气动浮台的一端；

所述检测装置还包括光源，所述光源设置于所述工作台上，所述光源与所述气动浮台相对，所述光源发出的光能够在所述光学元件内折射和衍射，使得所述光学元件的疵病形成可被所述显微物镜成像装置拍摄到的光斑；

在所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动所述预设距离时，所述三轴移动滑台驱动所述显微物镜成像设备向靠近所述气动浮台的方向运动，使得所述显微物镜成像设备走出与所述光学元件表面曲线相适应的轨迹。

2.一种应用于权利要求1所述的检测装置上的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括步骤：

将待测光学元件放置在所述气动浮台上；

调节所述三轴移动滑台使得所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的正中心；

调节所述显微物镜成像设备使所述气动浮台上的光学元件位于所述显微物镜成像设备的镜头工作距内，保证所述显微物镜成像设备可以清楚成像；及

所述三轴移动滑台在每间隔一预设时间时，驱动所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动一预设距离，直至所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的光学元件边缘。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，步骤“调节所述三轴移动滑台使得所述显微物镜成像设备位于所述气动浮台的正中心”具体为：

沿着所述第一滑轨移动所述第二滑轨使所述第二滑轨位于所述气动浮台的中心线上，沿着所述第二滑轨移动所述第三滑轨使所述第三滑轨位于所述气动浮台的中心线上。

4.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括步骤：

所述光源从侧面照射所述气动浮台及其上的光学元件，所述光源发出的光能够在所述光学元件内折射和衍射，使得所述光学元件的疵病形成可被所述显微物镜成像装置拍摄到的光斑。

5.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括步骤：

在所述显微物镜成像设备向所述气动浮台的边缘移动所述预设距离时，所述三轴移动滑台驱动所述显微物镜成像设备向靠近所述气动浮台的方向运动，使得所述显微物镜成像设备走出与所述光学元件表面曲线相适应的轨迹。

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