CN110030948B - 用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备以及测量方法，采用三平面互检的方式对三个平晶的工作面的绝对面形进行测量，包括：设备主体，包含激光发射器、滤波器、分光镜、准直透镜、成像物镜、图像探测器以及处理部；参考平晶承载装置，位于准直透镜的正下方并且与该准直透镜同光轴设置，用于承载作为参考平晶的平晶；以及平晶旋转承载装置，位于参考平晶承载装置的正下方并且与该参考平晶承载装置同光轴设置，用于承载作为待测平晶的平晶，其中，平晶旋转承载装置具有固定盘、旋转承载部以及限定部，限定部用于在旋转盘切换至第一位置时将旋转盘限定在第一位置以及在旋转盘切换至第二位置时将旋转盘限定在第二位置。

Description

用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备及方法
技术领域
本发明属于激光干涉测量设备技术领域，具体涉及一种用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备以及测量方法。
背景技术
激光干涉测量设备也称为激光干涉仪，是利用光干涉技术对例如平晶等光学零件的形貌信息进行测量的设备。激光干涉测量设备有水平式测量状态和立式测量状态，水平式测量状态是指参考平晶夹持装置和待测平晶夹持装置为水平排列的状态，此时参考平晶和待测平晶均为竖向放置，无自重变形；立式测量状态是指参考平晶夹持装置和待测平晶夹持装置为上下排列的状态，此时参考平晶和待测平晶均为水平放置，存在着因自重而产生的自重变形。
三平面互检方法是测量平晶绝对面形信息的最常用的测量方法。然而，能够用于对平晶绝对面形信息进行三平面互检的激光干涉测量设备往往采用为水平式测量状态，此时待测平晶和参考平晶都必须保持在竖向放置状态，待测平晶和参考平晶的装卸极为不方便，测量效率较低。
此外，在使用三平面互检法对平晶的工作面进行绝对面形测量时，被测平晶需要旋转一定角度与参考镜进行相对测量，旋转角度偏差和旋转中心的偏移会直接影响测量结果。因此，待测平晶的高精度旋转是三表面互检绝对测量的关键。现有干涉测量技术中，通常将待测平晶和用于承载该待测平晶的平晶承载装置一起放在旋转平台上，通过控制旋转平台的旋转来同时带动待测平晶及其平晶承载装置进行转动。但是，此类旋转平台不仅结构复杂，操作麻烦，效率低；而且，难以保证平晶的旋转精度，导致测量精度低、不准确。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备以及测量方法，能够对三个平晶的工作面的绝对面形进行测量，而且，操作方便、测量精度高。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
<方案一>
本发明提供了一种用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，采用三平面互检的方式对三个平晶的工作面的绝对面形信息同时进行测量，其特征在于，包括：设备主体，包含激光发射器、滤波器、分光镜、准直透镜、成像物镜、图像探测器以及处理部；参考平晶承载装置，位于准直透镜的正下方并且与该与准直透镜同光轴设置，用于承载作为参考平晶的平晶；以及平晶旋转承载装置，位于参考平晶承载装置的正下方并且与参考平晶承载装置同光轴设置，用于承载作为待测平晶的平晶，其中，激光发射器用于发射出激光束，滤波器接收激光束并对该激光束进行滤波，准直透镜接收滤波后的激光束并形成准直光束发射到参考平晶以及待测平晶，分光镜用于将滤波后的激光束透射到准直透镜，并将参考平晶的工作面反射形成的参考光束以及待测平晶的工作面反射形成的测试光束进行反射，成像物镜接收参考光束以及测试光束并形成干涉条纹进行发射，图像探测器接收干涉条纹并形成干涉图像，处理部与图像探测器通信连接，接收干涉图像并对该干涉图像进行处理得到三个平晶的工作面的绝对面形信息，平晶旋转承载装置具有固定盘、旋转承载部以及限定部，固定盘用于固定安装；旋转承载部包含可转动地设置在固定盘上并且能够在第一位置和第二位置之间进行切换的旋转盘以及设置在该旋转盘上用于放置待测平晶的待测平晶承载盘，限定部用于在旋转盘切换至第一位置时将旋转盘限定在第一位置以及在旋转盘切换至第二位置时将旋转盘限定在第二位置，包含设置在旋转盘的侧表面的一个限位件以及分别位于该限位件的两侧并且沿固定盘的圆周方向间隔设置在该固定盘的侧表面的两个阻挡件，阻挡件的边缘与限位件相接触，用于阻挡旋转盘的转动，第一位置作为第一限定状态位置，是限位件与一个阻挡件的边缘相接触时限位件所处的位置，第二位置作为第二限定状态位置，是限位件与另一个阻挡件的边缘相接触时限位件所处的位置，限位件的中心与旋转盘的圆心连线分别在第一限位状态位置和第二限位状态位置时所成的夹角为90°。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，限位件含有由能够被磁力吸引的金属材料制成的限位块，阻挡件含有阻挡块以及嵌设在该阻挡块朝向限位块的侧部的永磁体。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，限位块上设有分离单元，用于使限位块与阻挡块相分离。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，分离单元由偏心轮、偏心轮转轴以及扳手构成，限位块设有偏心轮的形状相匹配的偏心轮安装槽以及与该偏心轮安装槽相连通的偏心轮转轴安装孔，偏心轮设置在偏心轮安装槽内，偏心轮转轴的一端穿过偏心轮转轴安装孔并与偏心轮相连接，另一端安装有扳手。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，平晶旋转承载装置还具有中心校准部，设置在待测平晶承载盘上，用于对待测平晶的中心进行校准。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，中心校准部包含环形框、两根准线以及两个分别用于对两根准线进行紧固并沿环形框的圆周方向调节的紧固调节单元，环形框设有两个具有沿该环形框的圆周方向间隔90°的准线安装孔以及分别与两个准线安装孔对向设置并且沿环形框的圆周方向延伸的两个准线安装槽，两个紧固调节单元分别与两个准线安装槽相对应并且安装在环形框上，准线的一端固定设置在准线安装孔内，另一端穿过对应的准线安装槽并与对应的紧固调节单元相连接。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，紧固调节单元含有紧固调节支座以及安装在该紧固调节支座上的紧固件和调节组件，紧固调节支座设有与紧固件的形状相匹配的紧固件安装槽以及与该紧固件安装槽相连通并且与准线安装槽的形状相匹配的准线调节槽，紧固件具有安装在紧固件安装槽内的紧固块以及设置在该紧固块上的绕线轴，准线的另一端依次穿过准线安装槽、准线调节槽后与绕线轴相连接，调节组件与紧固块相连接，用于驱动该紧固块沿环形框的切向进行移动。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，调节组件具有调节丝杆以及弹簧，紧固调节支座设有与调节丝杆相匹配的丝杆安装孔，紧固块设有与调节丝杆相匹配的丝杆通孔，调节丝杆的一端设有手柄，另一端穿过丝杆安装孔并插设在丝杆通孔内，弹簧套接在调节丝杆位于紧固块和紧固件安装槽的内壁之间的部分上。
本发明提供的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，还可以具有这样的特征：其中，滤波器为空间滤波器，图像探测器为电荷耦合器件式图像探测器。
<方案二>
本发明还提供了一种平晶绝对面形的激光干涉测量方法，使用<方案一>的用于平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，并采用三平面互检的方式对第一平晶的作为第一工作面的工作面、第二平晶的作为第二工作面的工作面以及第三平晶的作为第三工作面的工作面的绝对面形进行测量，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将第一平晶作为待测平晶放置在平晶旋转承载装置上并将旋转盘旋转至第一限位状态位置，将第二平晶作为参考平晶放置在参考平晶承载装置上，并使第一工作面和第二工作面相对水平放置；分别在第一工作面以及第二工作面上标记此时的X轴方向和Y轴方向的位置信息，设定第一工作面的X轴方向和Y轴方向分别为X轴正方向和Y轴正方向；激光发射器发射出的激光束经滤波器滤波并经准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到第二工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第二工作面后发射到第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜反射到成像物镜形成干涉条纹并发射到图像探测器上形成干涉图案，处理部接收该干涉图案并进行处理得到第一工作面和第二工作面的光程差信息M1：
M1＝A+BX-wA+wB
A表示第一工作面的绝对面形信息，BX表示第二工作面沿X轴翻转后的绝对面形信息，wA表示第一平晶的自重变形信息，wB表示第二平晶的自重变形信息；
步骤S2，将旋转盘顺时针旋转至第二限位状态位置；激光发射器发射出的激光束经滤波器滤波并经准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到第二工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第二工作面后发射到旋转90°后的第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜反射到成像物镜形成干涉条纹并发射到图像探测器上形成干涉图案，处理部接收该干涉图案并进行处理得到旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2：
M2＝A90+BX-wA90+wB
A90表示第一工作面旋转90°后的绝对面形信息，wA90表示第一平晶旋转90°度后的自重变形信息；
步骤S3，将旋转盘逆时针旋转至第一限位状态位置；将第二平晶从参考平晶承载装置上取下，将第三平晶作为新的参考平晶放置在参考平晶承载装置上，并使第三工作面和第一工作面相对水平放置；激光发射器发射出的激光束经滤波器滤波并经准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到第三工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第三工作面后发射到第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜反射到成像物镜形成干涉条纹并发射到图像探测器上形成干涉图案，处理部接收该干涉图案并进行处理得到第一工作面和第三工作面的光程差信息M3：
M3＝A+CX–wA+wC
CX表示第三工作面沿X轴翻转的绝对面形信息，wC表示第三平晶的自重变形信息；
步骤S4，将第一平晶从平晶旋转承载装置上取下，将第二平晶作为新的待测平晶放置在平晶旋转承载装置上，并使第二工作面和第三工作面相对水平放置；激光发射器发射出的激光束经滤波器滤波并经准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到第三工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第三工作面后发射到第二工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜反射到成像物镜形成干涉条纹并发射到图像探测器上形成干涉图案，处理部接收该干涉图案并进行处理得到第二工作面和第三工作面的光程差信息M4：
M4＝B+CX–wB+wC
B表示第二工作面的面形信息；
步骤S5，设定参考平晶承载装置和平晶旋转承载装置的承载方式一致，则第一平晶、旋转90°度后的第一平晶、第二平晶以及第三平晶的自重变形信息相同，即：
wA＝wA90＝wB＝wC
因此，第一工作面和第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2、第一工作面和第三工作面的光程差信息M3以及第二工作面和第三工作面的光程差信息M4简化为：
M1＝A+BX，M2＝A90+BX，M3＝A+CX，M4＝B+CX；
步骤S6，根据步骤S5得到的第一工作面和第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2、第一工作面和第三工作面的光程差信息M3以及第二工作面和第三工作面的光程差信息M4，处理部计算得出第一工作面的绝对面形信息、第二工作面的绝对面形信息以及第三工作面的绝对面形信息。
发明作用与效果
根据本发明所涉及的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备以及测量方法，因为参考平晶承载装置位于准直透镜的正下方，平晶旋转承载装置位于参考平晶承载装置的正下方，平晶承载装置具有限定部，该限定部包含设置在旋转盘的侧表面的一个限位件以及分别位于该限位件的两侧并且沿固定盘的圆周方向间隔设置在该固定盘的侧表面的两个阻挡件，阻挡件的边缘与限位件相接触，能够阻挡旋转盘的转动，使得旋转盘在切换至第一位置时被限定在第一位置以及在切换至第二位置时被限定在第二位置，所以，一方面，本发明能够在立式测量状态对平晶绝对面形进行测量，使得待测平晶和参考平晶的装卸操作简单、方便，提高测量效率；另一方面，能够对旋转盘进行精准定位，进而提高了待测平晶的旋转位置的精确度，从而提高了测量结果的精度和可靠性。
附图说明
图1是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备的原理框图；
图2是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备的立体结构示意图；
图3是本发明的实施例中平晶旋转承载装置的立体结构示意图；
图4是本发明的实施例中固定盘、旋转承载部以及限定部的立体结构示意图；
图5是本发明的实施例中固定盘、旋转承载部以及限定部的分解安装示意图；
图6是本发明的实施例中中心校准部的立体结构示意图；
图7是本发明的实施例中中心校准部的分解安装示意图；
图8是本发明的实施例中三个平晶在采用三平面互检的方式进行测量时的放置位置示意图；以及
图9是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备和常规的水平式激光干涉测量设备的测量结果对比图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备的原理框图；图2是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备的立体结构示意图。
如图1和图2所示，本实施例中的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备100包括机座101、设备主体10、参考平晶承载装置20以及平晶旋转承载装置30。
如图1所示，设备主体10包含激光发射器11、滤波器12、分光镜13、准直透镜14、成像物镜15、图像探测器16以及处理部17。
激光发射器11用于发射出激光束。
滤波器12为空间滤波器，接收激光发射器11发射来的激光束并对该激光束进行滤波，滤掉杂散光。
分光镜13用于将被滤波器12滤波后的激光束透射到准直透镜14，并将作为参考平晶的平晶的工作面反射形成的参考光束以及作为待测平晶的平晶的工作面反射形成的测试光束进行反射。
准直透镜14接收经分光镜13透射过来的滤波后的激光束并对该激光束进行准直，从而形成准直光束发射到参考平晶以及待测平晶。
成像物镜15为聚光镜，接收经分光镜13反射的参考光束和测试光束，从而形成干涉条纹进行发射。
图像探测器16接收成像物镜15发射来的干涉条纹并形成干涉图像。
处理部17与图像探测器16通信连接，接收图像探测器16发送来的干涉图像，并对该干涉图像进行处理得到平晶的工作面的绝对面形信息。在本实施例中，处理部17为包含有数据处理程序的计算机。
如图1和图2所示，参考平晶承载装置20用于承载作为参考平晶的平晶，位于准直透镜14的正下方并且与该准直透镜14同光轴设置。参考平晶承载装置20包括安装座(图中未示出)以及设置在该安装座上用于放置参考平晶的参考平晶承载盘21。参考平晶承载盘21为圆环盘，其下端设有参考平晶压紧环套21a，用于将参考平晶压紧在参考平晶承载盘21的下端面上。
图3是本发明的实施例中平晶旋转承载装置的立体结构示意图。
如图1至图3所示，平晶旋转承载装置30用于承载作为待测平晶的平晶，位于参考平晶承载装置20的正下方的预定间隔处，并且与参考平晶承载装置20同光轴设置地安装在机座101上。平晶旋转承载装置30包含固定盘31、旋转承载部32、限定部33以及中心校准部34。
图4是本发明的实施例中固定盘、旋转承载部以及限定部的立体结构示意图；图5是本发明的实施例中固定盘、旋转承载部以及限定部的分解安装示意图。
如图3至图5所示，固定盘31为由金属材料制成的圆盘。固定盘31的中央位置设有旋转盘转轴通孔311(见图5)，下端设置有固定盘安装板312，该固定盘安装板312的周边区域上设置有四个固定盘用安装孔312a，四个固定盘紧固件(图中未示出)分别穿过四个固定盘用安装孔312a进入固定盘安装板312内，并与机座11紧固连接，从而将固定盘31安装在机座101的上表面上。在本实施例中，固定盘紧固件为紧固螺栓。
如图3至图5所示，旋转承载部32用于承载待测平晶并带动该待测平晶绕其中心轴线进行转动。旋转承载部32包含旋转盘321、旋转盘驱动组件322以及待测平晶承载盘323。
如图3至图5所示，旋转盘321为圆环盘，可转动地设置在固定盘31上并且能够在第一位置和第二位置之间进行切换。旋转盘321的上端嵌设有两个锁紧件321a，下端设有旋转盘安装板321b，该旋转盘安装板321b通过螺钉安装在旋转盘321的下端面上。在本实施例中，旋转盘321与固定盘31为同中心轴线设置。
如图5所示，旋转盘驱动组件322用于驱动旋转盘321进行转动，含有旋转盘转轴322a、两个轴承322b、轴承座322c以及驱动构件(图中未示出)。轴承座322c安装在固定盘31的底部；一个轴承322b安装在旋转盘转轴通孔311内，另一个轴承322b安装在轴承座322c上；旋转盘转轴322a的一端依次穿过两个轴承322b进入旋转盘转轴通孔311后与固定盘安装板312通过螺钉紧固连接，另一端安装有驱动构件。在本实施例中，驱动构件为扳手，通过转动扳手驱动旋转盘转轴332a转动，进而带动旋转盘321转动。
如图3至图5所示，待测平晶承载盘323安装在旋转盘321上并且与该旋转盘321同中心轴线设置，用于放置待测平晶。待测平晶承载盘323为圆环盘，其上端设置有待测平晶压紧环套323a，用于将待测平晶压紧在待测平晶承载盘323的端面上。待测平晶承载盘323的下端具有凸台323b，该凸台323b的边缘设置有两个分别与旋转盘321上的两个锁紧件321a相匹配的固定销(图中未示出)，待测平晶承载盘323通过凸台323b嵌合在旋转盘321内并且固定销与锁紧件321a相锁合而安装在旋转盘321上。
如图3至图5所示，限定部33用于在旋转盘321切换至第一位置时将旋转盘321限定在第一位置以及在旋转盘321切换至第二位置时将旋转盘321限定在第二位置。限定部33包含一个限位件331以及两个阻挡件332。
如图3至图5所示，限位件331设置在旋转盘321的侧表面，含有限位块331a以及分离单元331b。
限位块331a由能够被磁力吸引的金属材料制成，具有偏心轮安装槽331c以及与该偏心轮安装槽331c相连通的偏心轮转轴安装孔(图中未示出)。
分离单元331b设置在限位块331a上，用于使限位块331a与阻挡件332相分离。分离单元331b由偏心轮331d、偏心轮转轴331e以及扳手331f构成。偏心轮331d设置在偏心轮安装槽331c内，偏心轮转轴331e的一端穿过偏心轮转轴安装孔并与偏心轮331d紧固连接，另一端安装有扳手331f。
如图3至图5所示，两个阻挡件332位于限位件331的两侧并且沿固定盘31的圆周方向间隔设置在固定盘31的侧表面，阻挡件332的边缘与限位件331的限位块331a相接触，用于阻挡限位块311a的转动，进而阻挡旋转盘321的转动。阻挡件332含有阻挡块332a以及嵌设在该阻挡块332a朝向限位块的侧部的永磁体332b，阻挡块332a通过螺钉紧固的方式安装在固定盘31的侧表面。在本实施例中，永磁体332b为磁铁。
第一位置作为第一限定状态位置，是限位件331的限位块331a与一个阻挡件332的阻挡块332a的边缘相接触时限位块331a所处的位置；第二位置作为第二限定状态位置，是限位件331的限位块331a与另一个阻挡件332的阻挡块332a的边缘相接触时限位块331a所处的位置。当限位块331a移动至第一限定状态位置或第二限定状态位置时，限位块331a在永磁体332b的磁力吸引作用下被吸紧在对应的阻挡快332a的边缘上，从而将限位块331a限定在第一限定状态位置或第二限定状态位置。
在本实施例中，限位件331的限位块331a的中心与旋转盘321的圆心连线分别在第一限位状态位置和第二限位状态位置时所成的夹角为90°。当然，也可根据需要，限位件331的限位块331a的中心与旋转盘321的圆心连线分别在第一限位状态位置和第二限位状态位置时所成的夹角可以为其他角度，例如45°和135°等。
图6是本发明的实施例中中心校准部的立体结构示意图；图7是本发明的实施例中中心校准部的分解安装示意图。
如图3、图6以及图7所示，中心校准部34设置在待测平晶承载盘323上，用于对放置在待测平晶承载盘323上的待测平晶的中心进行校准。中心校准部34包含环形框341、两根准线342以及两个紧固调节单元343。
如图3、图6以及图7所示，环形框341为圆环状框，设有两个具有沿该环形框341的圆周方向间隔90°的准线安装孔(图中未示出)以及分别与两个准线安装孔对向设置并且沿环形框341的圆周方向延伸的两个准线安装槽341a(见图6)。
如图3、图6以及图7所示，两根准线342的一端分别固定设置在环形框341上的两个准线安装孔内，另一端分别穿过两个准线安装槽341a并与对应的紧固调节单元343相连接。两根准线342的交叉点既是环形框341的圆心，也是放置在待测平晶承载盘323上的待测平晶的圆心。在本实施例中，准线342为直径0.1-0.5mm的钢丝。
如图3、图6以及图7所示，两个紧固调节单元343分别与两个准线安装槽341a相对应并且安装在环形框341上，分别用于对两个准线342进行紧固并沿环形框341的圆周方向调节。每一个紧固调节单元343含有紧固调节支座343a、紧固件343b以及调节组件343c。
紧固调节支座343a安装在环形框341的外侧面上，并且与准线安装槽341a相对应。紧固调节支座343a具有紧固件安装槽343d、准线调节槽343e以及丝杆安装孔343f。紧固件安装槽343d的形状与紧固件343b的形状相匹配，准线调节槽343e与紧固件安装槽343d相连通并且与准线安装槽341a的形状相匹配。
紧固件343b安装在紧固件安装槽341d内，用于对对应的准线342进行拉紧从而实现紧固。紧固件343b具有紧固块343g以及设置在该紧固块343g上的绕线轴343h和固定销343i。紧固块343g上具有绕线轴安装孔343j、丝杆通孔343k以及四个导向通孔343m。绕线轴343h安装在绕线轴安装孔343j内并且与对应的准线342的另一端相连接，通过转动绕线轴343h把准线342进行拉紧。固定销343i与绕线轴343h相对应并且安装在紧固块343g上，用于将绕线轴343进行固定。
调节组件343c安装在紧固调节支座343a上，与紧固件343b相连接，用于驱动紧固件343b沿环形框341的切向移动，进而带动准线342的另一端沿环形框341的切向移动，从而实现调节两根准线342的交叉点的位置。调节组件343c具有丝杆轴承343n、调节丝杆343p、四根导向杆343q以及弹簧(图中未示出)。丝杆轴承343n安装在丝杆安装孔343f内。调节丝杆343p的一端设置有手柄，另一端穿过丝杆轴承343n后并插设在丝杆通孔343k内，丝杆通孔343k内具有与调节丝杆343p的外螺纹相匹配的内螺纹，通过转动调节丝杆343p来实现固定块343g在紧固件安装槽343d内的移动。四根导向杆343q分别插设在四个导向通孔343m内，并且每根导向杆343q的两端分别与紧固调节支座343a相连接。弹簧套接在调节丝杆343p远离手柄的另一端上并且位于紧固块343g与紧固件安装槽343d的内壁之间。
图8是本发明的实施例中三个平晶在采用三平面互检的方式进行测量时的放置位置示意图。
本实施例中的平晶绝对面形的激光干涉测量方法，使用上述用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备100，设定第一平晶201的工作面为第一工作面、第二平晶202的工作面为第二工作面、第三平晶203的工作面的第三工作面，并采用三平面互检的方式对第一工作面、第二工作面以及第三工作面的绝对面形同时进行测量。该平晶绝对面形的激光干涉测量方法，包括以下步骤：
步骤S1，如图8(a)所示，将第一平晶201作为待测平晶放置在平晶旋转承载装置30上并将旋转盘321旋转至第一限位状态位置，将第二平晶202作为参考平晶放置在参考平晶承载装置20上，并使第一工作面和第二工作面相对水平放置；分别在第一工作面以及第二工作面上标记此时的X轴方向和Y轴方向的位置信息，设定第一工作面的X轴方向和Y轴方向分别为X轴正方向和Y轴正方向；激光发射器11发射出的激光束经滤波器12滤波并经准直透镜14准直形成准直光束，该准直光束入射到第二工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第二工作面后发射到第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜13反射到成像物镜15形成干涉条纹并发射到图像探测器15上形成干涉图案，处理部17接收该干涉图案并进行处理得到第一工作面和第二工作面的光程差信息M1：
M1＝A+BX-wA+wB
A表示第一工作面的绝对面形信息，BX表示第二工作面沿X轴翻转后的绝对面形信息，wA表示第一平晶201的自重变形信息，wB表示第二平晶202的自重变形信息；
步骤S2，如图8(b)所示，将旋转盘321顺时针旋转至第二限位状态位置；激光发射器11发射出的激光束经滤波器12滤波并经准直透镜14准直形成准直光束，该准直光束入射到第二工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第二工作面后发射到旋转90°后的第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜13反射到成像物镜15形成干涉条纹并发射到图像探测器16上形成干涉图案，处理部17接收该干涉图案并进行处理得到旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2：
M2＝A90+BX-wA90+wB
A90表示第一工作面旋转90°后的绝对面形信息，wA90表示第一平晶201旋转90°度后的自重变形信息；
步骤S3，如图8(c)所示，将旋转盘321逆时针旋转至第一限位状态位置；将第二平晶202从参考平晶承载装置20上取下，将第三平晶203作为新的参考平晶放置在参考平晶承载装置20上，并使第三工作面和第一工作面相对水平放置；激光发射器11发射出的激光束经滤波器12滤波并经准直透镜14准直形成准直光束，该准直光束入射到第三工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第三工作面后发射到第一工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜13反射到成像物镜15形成干涉条纹并发射到图像探测器16上形成干涉图案，处理部17接收该干涉图案并进行处理得到第一工作面和第三工作面的光程差信息M3：
M3＝A+CX–wA+wC
CX表示第三工作面沿X轴翻转的绝对面形信息，wC表示第三平晶203的自重变形信息；
步骤S4，如图8(d)所示，将第一平晶201从平晶旋转承载装置30上取下，将第二平晶202作为新的待测平晶放置在平晶旋转承载装置30上，并使第二工作面和第三工作面相对水平放置；激光发射器11发射出的激光束经滤波器12滤波并经准直透镜14准直形成准直光束，该准直光束入射到第三工作面反射形成参考光束，准直光束透射过第三工作面后发射到第二工作面反射形成测试光束，参考光束以及测试光束经分光镜13反射到成像物镜15形成干涉条纹并发射到图像探测器16上形成干涉图案，处理部17接收该干涉图案并进行处理得到第二工作面和第三工作面的光程差信息M4：
M4＝B+CX–wB+wC
B表示第二工作面的面形信息；
步骤S5，设定参考平晶承载装置20和平晶旋转承载装置30的承载方式一致，则第一平晶201、旋转90°度后的第一平晶201、第二平晶202以及第三平晶203的自重变形信息相同，即：
wA＝wA90＝wB＝wC
因此，第一工作面和第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2、第一工作面和第三工作面的光程差信息M3以及第二工作面和第三工作面的光程差信息M4简化为：
M1＝A+BX，M2＝A90+BX，M3＝A+CX，M4＝B+CX；
步骤S6，根据步骤S5得到的第一工作面和第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的第一工作面和第二工作面的光程差信息M2、第一工作面和第三工作面的光程差信息M3以及第二工作面和第三工作面的光程差信息M4，处理部计算得出第一工作面的绝对面形信息、第二工作面的绝对面形信息以及第三工作面的绝对面形信息。
图9是本发明的实施例中用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备和常规的水平式激光干涉测量设备的测量结果对比图。
如图9所示，图(a)是本实施例中的平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备100的测量结果，PV值为0.0296λ，RMS值为0.0055λ；图(b)是使用常规的水平式激光干涉测量设备的测量结果，PV值为0.0255λ，RMS值为0.0054λ。由此可以看出，本实施例中的平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备100和常规的水平式激光干涉测量设备的测量结果非常接近，也就是说，两者测得的平晶的工作面的绝对面形一致，这就表明本实施例中的平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备100能够有效地减少被测平晶的自重变形，降低甚至去除自重因素对绝对面形的测量结果的影响，从而提供测量的精度和准确性。
实施例作用与效果
根据本实施例所涉及的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备以及测量方法，因为参考平晶承载装置位于准直透镜的正下方，平晶旋转承载装置位于参考平晶承载装置的正下方，平晶承载装置具有限定部，该限定部包含设置在旋转盘的侧表面的一个限位件以及分别位于该限位件的两侧并且沿固定盘的圆周方向间隔设置在该固定盘的侧表面的两个阻挡件，阻挡件的边缘与限位件相接触，能够阻挡旋转盘的转动，使得旋转盘在切换至第一位置时被限定在第一位置以及在切换至第二位置时被限定在第二位置，所以，一方面，本实施例能够在立式测量状态对平晶绝对面形进行测量，使得待测平晶和参考平晶的装卸操作简单、方便，提高测量效率；另一方面，能够对旋转盘进行精准定位，进而提高了待测平晶的旋转位置的精确度，从而提高了测量结果的精度和可靠性。
另外，因为限位件还具有分离单元，该分离单元由偏心轮、偏心轮转轴以及扳手构成，偏心轮设置在限位块的偏心轮安装槽内，偏心轮转轴的一端穿过偏心轮转轴安装孔并与偏心轮相连接，另一端安装有扳手，通过转动扳手带动偏心轮进行转动，进而偏心轮将吸紧在一起的限位块和阻挡块分离，避免了因外力过大导致固定盘发生移动的问题，从而进一步提高了测量结果的精度。
此外，因为待测平晶承载盘上设有中心校准部，该中心校准部包含环形框、两根准线以及两个分别用于对两根准线进行紧固和沿环形框的圆周方向调节的紧固调节单元，环形框设有两个具有沿该环形框的圆周方向间隔90°的准线安装孔以及分别与两个准线安装孔对向设置并且沿环形框的圆周方向延伸的两个准线安装槽，两个紧固调节单元分别与两个准线安装槽相对应并且安装在环形框上，准线的一端固定设置在准线安装孔内，另一端穿过对应的准线安装槽并与对应的紧固调节单元相连接，所以，本实施例的两根准线在分别在两个紧固调节单元沿环形框的圆周方向调节下形成相互垂直的十字形结构，一方面，使得两根准线的交叉点即为放置在待测平晶承载盘上的待测平晶的中心从而方便地确定待测平晶的中心，进而便于对待测平晶的中心与测量光学系统的中心之间的偏移进行快速校准，从而保证旋转盘上待测平晶在第一位置和第二位置进行切换时其中心位置保持不变；另一方面，两根准线始终保持在拉紧状态，保证了两根准线所形成的交叉点的精度，进而提高了测量结果的精度。
进一步，因为调节组件具有调节丝杆以及弹簧，调节丝杆插设在紧固块的丝杆通孔内，弹簧套接在调节丝杆位于紧固件与紧固件安装槽的内壁之间的部分上，能够精确地对紧固件进行调节，进而提高了两根准线所形成的交叉点的精度，从而保证了待测平晶的中心的精准定位；而且，结构简单，操作方便。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
例如，在上述实施例中，限位块311a是由能够被磁力吸引的金属材料制成，阻挡块332a嵌设有永磁体332b，限位块311a在永磁体332b的磁力吸引作用下被吸紧在阻挡块332a的边缘。但是，在本发明中，限位块331a也可以嵌设有永磁体，相对应地，阻挡块332a由能够被磁力吸引的金属材料制成，只要能够保证限位块331a和阻挡块332a之间依靠磁力吸引作用而相互吸紧在一起即可。

Claims (9)

1.一种用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，采用三平面互检的方式对三个平晶的工作面的绝对面形进行测量，其特征在于，包括：
设备主体，包含激光发射器、滤波器、分光镜、准直透镜、成像物镜、图像探测器以及处理部；
参考平晶承载装置，位于所述准直透镜的正下方并且与该准直透镜同光轴设置，用于承载作为参考平晶的所述平晶；以及
平晶旋转承载装置，位于所述参考平晶承载装置的正下方并且与该参考平晶承载装置同光轴设置，用于承载作为待测平晶的所述平晶，
其中，所述激光发射器用于发射出激光束，
所述滤波器接收所述激光束并对该激光束进行滤波，
所述准直透镜接收滤波后的所述激光束并形成准直光束发射到所述参考平晶以及所述待测平晶，
所述分光镜用于将滤波后的所述激光束透射到所述准直透镜，并将所述参考平晶的工作面反射形成的参考光束以及所述待测平晶的工作面反射形成的测试光束进行反射，
所述成像物镜接收所述参考光束以及所述测试光束并形成干涉条纹进行发射，
所述图像探测器接收所述干涉条纹并形成干涉图像，
所述处理部与所述图像探测器通信连接，接收所述干涉图像并对该干涉图像进行处理得到所述三个平晶的工作面的绝对面形信息，
所述平晶旋转承载装置具有固定盘、旋转承载部、限定部以及中心校准部，
所述固定盘用于固定安装；
所述旋转承载部包含可转动地设置在所述固定盘上并且能够在第一位置和第二位置之间进行切换的旋转盘以及设置在该旋转盘上用于放置所述待测平晶的待测平晶承载盘，
所述限定部用于在所述旋转盘切换至所述第一位置时将所述旋转盘限定在所述第一位置以及在所述旋转盘切换至所述第二位置时将所述旋转盘限定在所述第二位置，包含设置在所述旋转盘的侧表面的一个限位件以及分别位于该限位件的两侧并且沿所述固定盘的圆周方向间隔设置在该固定盘的侧表面的两个阻挡件，所述阻挡件的边缘与所述限位件相接触，用于阻挡所述旋转盘的转动，
所述中心校准部设置在所述待测平晶承载盘上，用于对所述待测平晶的中心进行校准，
所述第一位置作为第一限位状态位置，是所述限位件与一个所述阻挡件的边缘相接触时所述限位件所处的位置，
所述第二位置作为第二限位状态位置，是所述限位件与另一个所述阻挡件的边缘相接触时所述限位件所处的位置，
所述限位件的中心与所述旋转盘的圆心连线分别在所述第一限位状态位置和所述第二限位状态位置时所成的夹角为90°。
2.根据权利要求1所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述限位件含有由能够被磁力吸引的金属材料制成的限位块，
所述阻挡件含有阻挡块以及嵌设在该阻挡块朝向所述限位块的侧部的永磁体。
3.根据权利要求2所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述限位块上设有分离单元，用于使所述限位块与所述阻挡块相分离。
4.根据权利要求3所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述分离单元由偏心轮、偏心轮转轴以及扳手构成，
所述限位块设有所述偏心轮的形状相匹配的偏心轮安装槽以及与该偏心轮安装槽相连通的偏心轮转轴安装孔，
所述偏心轮设置在所述偏心轮安装槽内，
所述偏心轮转轴的一端穿过所述偏心轮转轴安装孔并与所述偏心轮相连接，另一端安装有所述扳手。
5.根据权利要求1所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述中心校准部包含环形框、两根准线以及两个分别用于对所述两根准线进行紧固并沿所述环形框的圆周方向调节的紧固调节单元，
所述环形框设有两个具有沿该环形框的圆周方向间隔90°的准线安装孔以及分别与两个所述准线安装孔对向设置并且沿所述环形框的圆周方向延伸的两个准线安装槽，
所述两个紧固调节单元分别与所述两个准线安装槽相对应并且安装在所述环形框上，
所述准线的一端固定设置在所述准线安装孔内，另一端穿过对应的所述准线安装槽并与对应的所述紧固调节单元相连接。
6.根据权利要求5所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述紧固调节单元含有紧固调节支座以及安装在该紧固调节支座上的紧固件和调节组件，
所述紧固调节支座设有与所述紧固件的形状相匹配的紧固件安装槽以及与该紧固件安装槽相连通并且与所述准线安装槽的形状相匹配的准线调节槽，
所述紧固件具有安装在所述紧固件安装槽内的紧固块以及设置在该紧固块上的绕线轴，
所述准线的所述另一端依次穿过所述准线安装槽、所述准线调节槽后与所述绕线轴相连接，
所述调节组件与所述紧固块相连接，用于驱动该紧固块沿所述环形框的切向进行移动。
7.根据权利要求6所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述调节组件具有调节丝杆以及弹簧，
所述紧固调节支座设有与所述调节丝杆相匹配的丝杆安装孔，
所述紧固块设有与调节丝杆相匹配的丝杆通孔，
所述调节丝杆的一端设有手柄，另一端穿过所述丝杆安装孔并插设在所述丝杆通孔内，
所述弹簧套接在所述调节丝杆位于所述紧固块和所述紧固件安装槽的内壁之间的部分上。
8.根据权利要求1所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，其特征在于：
其中，所述滤波器为空间滤波器，
所述图像探测器为电荷耦合器件式图像探测器。
9.一种平晶绝对面形的激光干涉测量方法，使用如权利要求1-8中任意一项所述的用于测量平晶绝对面形的立式激光干涉测量设备，并采用三平面互检的方式对第一平晶的作为第一工作面的工作面、第二平晶的作为第二工作面的工作面以及第三平晶的作为第三工作面的工作面的绝对面形进行测量，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将所述第一平晶作为待测平晶放置在所述平晶旋转承载装置上并将所述旋转盘旋转至所述第一限位状态位置，将所述第二平晶作为参考平晶放置在所述参考平晶承载装置上，并使所述第一工作面和所述第二工作面相对水平放置；分别在所述第一工作面以及所述第二工作面上标记此时的X轴方向和Y轴方向的位置信息，设定所述第一工作面的所述X轴方向和所述Y轴方向分别为X轴正方向和Y轴正方向；所述激光发射器发射出的激光束经所述滤波器滤波并经所述准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到所述第二工作面反射形成参考光束，所述准直光束透射过所述第二工作面后发射到所述第一工作面反射形成测试光束，所述参考光束以及所述测试光束经所述分光镜反射到所述成像物镜形成干涉条纹并发射到所述图像探测器上形成干涉图案，所述处理部接收该干涉图案并进行处理得到所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M1：
M1 = A + BX - wA + wB
所述A表示所述第一工作面的绝对面形信息，所述BX表示所述第二工作面沿X轴翻转后的绝对面形信息，所述wA表示所述第一平晶的自重变形信息，所述wB表示所述第二平晶的自重变形信息；
步骤S2，将所述旋转盘顺时针旋转至所述第二限位状态位置；所述激光发射器发射出的激光束经所述滤波器滤波并经所述准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到所述第二工作面反射形成参考光束，所述准直光束透射过所述第二工作面后发射到旋转90°后的所述第一工作面反射形成测试光束，所述参考光束以及所述测试光束经所述分光镜反射后到所述成像物镜形成干涉条纹并发射到所述图像探测器上形成干涉图案，所述处理部接收该干涉图案并进行处理得到旋转90°后的所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M2：
M2 = A90 + BX - wA90 + wB
所述A90表示所述第一工作面旋转90°后的绝对面形信息，所述wA90表示所述第一平晶旋转90°度后的自重变形信息；
步骤S3，将所述旋转盘逆时针旋转至所述第一限位状态位置；将所述第二平晶从所述参考平晶承载装置上取下，将所述第三平晶作为新的参考平晶放置在所述参考平晶承载装置上，并使所述第三工作面和所述第一工作面相对水平放置；所述激光发射器发射出的激光束经所述滤波器滤波并经所述准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到所述第三工作面反射形成参考光束，所述准直光束透射过所述第三工作面后发射到所述第一工作面反射形成测试光束，所述参考光束以及所述测试光束经分光镜反射到所述成像物镜形成干涉条纹并发射到所述图像探测器上形成干涉图案，所述处理部接收该干涉图案并进行处理得到所述第一工作面和所述第三工作面的光程差信息M3：
M3 = A + CX – wA + wC
所述CX表示所述第三工作面沿X轴翻转的绝对面形信息，所述wC表示所述第三平晶的自重变形信息；
步骤S4，将第一平晶从所述平晶旋转承载装置上取下，将所述第二平晶作为新的待测平晶放置在所述平晶旋转承载装置上，并使所述第二工作面和所述第三工作面相对水平放置；所述激光发射器发射出的激光束经所述滤波器滤波并经所述准直透镜准直形成准直光束，该准直光束入射到所述第三工作面反射形成参考光束，所述准直光束透射过所述第三工作面后发射到所述第二工作面反射形成测试光束，所述参考光束以及所述测试光束经分光镜反射到所述成像物镜形成干涉条纹并发射到所述图像探测器上形成干涉图案，所述处理部接收该干涉图案并进行处理得到所述第二工作面和所述第三工作面的光程差信息M4：
M4 = B + CX – wB + wC
所述B表示所述第二工作面的面形信息；
步骤S5，设定所述参考平晶承载装置和所述平晶旋转承载装置的承载方式一致，则所述第一平晶、旋转90°度后的所述第一平晶、所述第二平晶以及所述第三平晶的自重变形信息相同，即：
wA = wA90 = wB = wC
因此，所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M2、所述第一工作面和所述第三工作面的光程差信息M3以及所述第二工作面和所述第三工作面的光程差信息M4简化为：
M1 = A + BX，M2 = A90 + BX，M3 = A + CX，M4 = B + CX；
步骤S6，根据所述步骤S5得到的所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M1、旋转90°后的所述第一工作面和所述第二工作面的光程差信息M2、所述第一工作面和所述第三工作面的光程差信息M3以及所述第二工作面和所述第三工作面的光程差信息M4，所述处理部计算得出所述第一工作面的绝对面形信息、所述第二工作面的绝对面形信息以及所述第三工作面的绝对面形信息。
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