CN110487208A - 一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置及检测方法，检测装置包括上平台，下平台，支架，升降螺杆，导轨，滑块，锁紧块，限位块，俯仰和旋转调整机构和载物台。通过升降螺杆调平上平台和下平台，形成大尺寸窗口零件开放式测试区域。该装置将干涉仪安装于上平台上，利用俯仰调整机构，使零件的表面像和干涉仪的标准像产生干涉，得到该区域的干涉条纹，获得该区域的干涉图样，再通过旋转和平移零件，实现大尺寸窗口零件全范围内的局部面形测试；利用零件两面产生的干涉条纹，获得干涉图样，根据等厚干涉平行差计算公式，得到该区域的平行差，再通过旋转和平移零件，实现大尺寸窗口零件全范围内的局部平行差测试。

Description

一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置 及检测方法

技术领域

本发明属于光学窗口零件加工工艺领域，具体为一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置及检测方法。

背景技术

光学窗口零件是光电系统的重要组成部分，零件的面形和平行差直接影响系统的整体性能。在零件现场加工中，目前主要采用斐索式激光平面干涉仪对零件面形和平行差进行检测，进而指导光学加工过程中面形和平行差修正。但目前市场上的激光平面干涉仪测试有效口径最大为Φ150mm，且测试区域为封闭式，无法实现对大尺寸窗口零件全口径范围进行面形和平行差测试。因此目前针对大尺寸光学窗口零件(等效直径Φ150mm以上)，在光学车间主要还是采用传统的光学平晶对其面形进行测试，该测量方法的主要问题有：易对零件抛光表面带来损伤，受环境温度影响大，并且加工者的经验对测量结果有很大影响，直接影响大尺寸窗口零件的加工精度和加工效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明利用斐索式激光平面干涉仪设计一种结构简单，操作方便，产品安装轻便，采用开放性设计，可实现对大尺寸窗口零件面形和平行差开放式检测的装置，并提出相应的检测方法。

本发明的技术方案为：

所述一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置，其特征在于：包括上平台，下平台，支架，升降螺杆，导轨，滑块，锁紧块，限位块，俯仰和旋转调整机构和载物台；

所述上平台中心设有中心通孔，中心通孔周围设有圆周均布的安装孔用来安装干涉仪，下表面四个角设有安装升降螺杆的螺孔；所述下平台基体为气浮式隔震平台，下平台设有用于安装支架和导轨的螺孔；所述支架底部通过螺钉连接在下平台上，支架顶部安装升降螺杆，升降螺杆的另一端通过螺钉安装在上平台上，通过升降螺杆调平上平台和下平台，形成大尺寸窗口零件开放式测试区域；

两根平行导轨通过螺钉安装在下平台上，上平台中心通孔在下平台的投影落在两根平行导轨之间；所述限位块安装在导轨两端；所述俯仰和旋转调整机构为可实现零件旋转和俯仰的机械传动结构；所述载物台安装在所述俯仰和旋转调整机构上；所述滑块和锁紧块的上部通过螺钉与俯仰和旋转调整机构连接，滑块和锁紧块的下部安装在导轨上，实现俯仰和旋转调整机构的平移和锁紧。

进一步的优选方案，所述一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置，其特征在于：所述限位块为“L”形角块，“L”形角块的两直角边分别设有安装孔，一个直角边通过螺钉与下平台连接，安装在导轨一端，另一个直角边安装螺钉和螺母，螺帽上设有胶套。

利用上述装置检测大尺寸窗口零件面形的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构；

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的表面像和干涉仪的标准像产生干涉，形成干涉条纹，获得零件中心区域的干涉图样；

步骤3：当Φ＜零件直径Φ′≤3Φ时，Φ为干涉仪镜头直径，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/2)和((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)为圆心，Φ为直径的三个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述三个区域的干涉图样；

当3Φ＜零件直径Φ′≤Min[a,b]，a、b分别为检测装置中的测试区域的长和宽，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/4，0)、((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/4)、(0，(Φ′-Φ)/2)和((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)为圆心，Φ为直径的五个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述五个区域的干涉图样；

步骤4：分析上述区域干涉图样数目和形态差异，调整机床的主轴转速、摆轴速度、摆幅大小，直到各区域的干涉图样一致，符合设计要求。

利用上述装置检测大尺寸窗口零件平行差的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构；

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的两个表面产生干涉，形成干涉条纹，获得干涉图样，读取此时干涉图样中干涉条纹的数目N，根据等厚干涉平行差计算公式，得到该区域的平行差；

步骤3：当Φ＜零件直径Φ′≤3Φ时，Φ为干涉仪镜头直径，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/2)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、((Φ-Φ′)/2，0)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、(0，(Φ-Φ′)/2)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)为圆心，Φ为直径的八个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述八个区域的干涉图样，按照步骤2对零件上述区域平行差进行测试，得到上述窗口零件全范围内的局部平行差；

当3Φ＜零件直径Φ′≤Min[a,b]时，a、b分别为测试区域的长和宽，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/4，0)、((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/4)、(0，(Φ′-Φ)/2)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、((Φ-Φ′)/4，0)、((Φ-Φ′)/2，0)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、(0，(Φ-Φ′)/4)、(0，(Φ-Φ′)/2)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)和为圆心，Φ为直径的十二个区域按照所述步骤2形成干涉条纹，获得上述十二个区域的干涉图样，按照所述步骤2对零件上述区域平行差进行测试，得到上述窗口零件全范围内的局部平行差。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下三个方面：

(1)本发明采用开放性设计，避免了大尺寸零件磕碰的风险，同时增加旋转功能，拓宽了现有干涉仪的测试范围，实现了对大尺寸窗口零件全口径范围进行局部面形和平行差移动测试；

(2)本发明结构可实现对大重量零件的面形和平行差稳定测量；

(3)本发明符合人体工程学原理，具有结构简单，操作方便，一次装夹即可完成全范围多区域测量等特点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明装置的结构组成示意图。

图2是图1中所示俯仰和旋转调整机构的放大示意图。

图3是零件示意图。

图4是面形测量区域示意图。

图5是平行差测量原理示意图。

图6是平行差测量区域示意图。

具体实施方式

本发明针对光学车间在检测大尺寸窗口零件的面形和平行差中存在的问题，为斐索式激光平面干涉仪设计一种结构简单，操作方便，产品安装轻便，采用开放性设计，可实现对大尺寸窗口零件面形和平行差开放式检测的装置及检测方法。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种大尺寸窗口零件平行差及面形移动干涉检测装置，包括一个上平台[1]，一个下平台[2]，四根支架[3]，四个升降螺杆[4]，两根导轨[5]，四个滑块[6]，一个锁紧块[7]，四个限位块[8]，一个俯仰和旋转调整机构[9]，六个旋转把手[10]，一个平移把手[11]，一个载物台[12]。

所述上平台[1]基体为方形平台，平台中心设有中心通孔，中心通孔周围设有八个圆周均布的安装过孔，用来安装干涉仪，下表面四个角设有安装升降螺杆的螺孔；所述下平台[2]基体为气浮式隔震平台，下平台上设有用于安装支架、导轨的螺孔；所述支架[3]基体为铝制条状支架，底部为“T”形，两侧设有安装过孔，顶部为方形，顶部中心设有螺纹孔。支架底部通过螺钉连接在下平台，支架顶部安装升降螺杆[4]，升降螺杆的另一端通过螺钉安装在上平台，通过四个升降螺杆调平上平台和下平台，形成大尺寸窗口零件开放式测试区域。

所述导轨[5]为钢制导轨，通过螺钉与下平台连接，所述四个限位块[8]为“L”形角块，两直角边分别设有安装过孔，短直角边通过螺钉与下平台连接，长直角边安装螺钉和螺母，螺帽上设有胶套；所述俯仰和旋转调整机构[9]为可实现零件旋转和俯仰的机械传动结构，其上设有旋转把手[10]、平移把手[11]和载物台[12]；所述四个滑块[6]和所述锁紧块[7]上部通过螺钉与俯仰和旋转调整机构连接，下部安装在导轨上，实现俯仰和旋转调整机构的平移和锁紧。

所述上述装置，检测优选实施例的大尺寸光学窗口(如图3)的方法包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头(镜头直径Φ＝150mm)中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构。

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的表面像和干涉仪的标准像产生干涉，形成干涉条纹，获得零件中心区域的干涉图样；

步骤3：调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在坐标(112.5，0)、(225，0)、(0，112.5)、(0，225)和(159，159)五个区域按照所述步骤2形成干涉条纹，获得上述五个区域的干涉图样。面形检测区域如图4。

步骤4：通过分析上述区域干涉图样数目和形态差异，调整机床的主轴转速、摆轴速度、摆幅大小，直到各区域的干涉图样一致，符合设计要求。

所述上述装置，检测优选实施例的大尺寸光学窗口平行差的方法包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将调整俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将调整俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构。

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的两个表面产生干涉，形成干涉条纹，读取此时干涉区域中干涉条纹的数目N，根据等厚干涉平行差计算公式，得到该区域的平行差为(Nλ/2nΦ’)·206265″，其中λ为测试光源波长，n为零件材料折射率，Φ′为零件直径；平行差测量原理如图5。

步骤3：调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在坐标(112.5，0)、(225，0)、(0，112.5)、(0，225)、(159，159)、(-112.5，0)、(-225，0)、(-159，159)、(0，-112.5)、(0，-225)、(-159，-159)、(159，-159)十二个区域按照所述步骤2形成干涉条纹，获得上述十二个区域的干涉图样。按照所述步骤2对零件上述区域平行差进行测试，得到上述窗口零件全范围内的局部平行差。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置，其特征在于：包括上平台，下平台，支架，升降螺杆，导轨，滑块，锁紧块，限位块，俯仰和旋转调整机构和载物台；

所述上平台中心设有中心通孔，中心通孔周围设有圆周均布的安装孔用来安装干涉仪，下表面四个角设有安装升降螺杆的螺孔；所述下平台基体为气浮式隔震平台，下平台设有用于安装支架和导轨的螺孔；所述支架底部通过螺钉连接在下平台上，支架顶部安装升降螺杆，升降螺杆的另一端通过螺钉安装在上平台上，通过升降螺杆调平上平台和下平台，形成大尺寸窗口零件开放式测试区域；

两根平行导轨通过螺钉安装在下平台上，上平台中心通孔在下平台的投影落在两根平行导轨之间；所述限位块安装在导轨两端；所述俯仰和旋转调整机构为可实现零件旋转和俯仰的机械传动结构；所述载物台安装在所述俯仰和旋转调整机构上；所述滑块和锁紧块的上部通过螺钉与俯仰和旋转调整机构连接，滑块和锁紧块的下部安装在导轨上，实现俯仰和旋转调整机构的平移和锁紧。

2.根据权利要求1所述一种用于大尺寸光学窗口零件面形和平行差开放式检测装置，其特征在于：所述限位块为“L”形角块，“L”形角块的两直角边分别设有安装孔，一个直角边通过螺钉与下平台连接，安装在导轨一端，另一个直角边安装螺钉和螺母，螺帽上设有胶套。

3.利用权利要求1所述装置检测大尺寸窗口零件面形的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构；

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的表面像和干涉仪的标准像产生干涉，形成干涉条纹，获得零件中心区域的干涉图样；

步骤3：当Φ＜零件直径Φ′≤3Φ时，Φ为干涉仪镜头直径，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/2)和((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)为圆心，Φ为直径的三个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述三个区域的干涉图样；

当3Φ＜零件直径Φ′≤Min[a,b]，a、b分别为检测装置中的测试区域的长和宽，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/4，0)、((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/4)、(0，(Φ′-Φ)/2)和((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)为圆心，Φ为直径的五个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述五个区域的干涉图样；

步骤4：分析上述区域干涉图样数目和形态差异，调整机床的主轴转速、摆轴速度、摆幅大小，直到各区域的干涉图样一致，符合设计要求。

4.利用权利要求1所述装置检测大尺寸窗口零件平行差的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将干涉仪安装在上平台上，使干涉仪镜头处于上平台中心通孔中；将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域外，将零件放置到载物台中心上，将俯仰和旋转调整机构平移到测试区域内，目视零件中心与干涉仪镜头中心重合，锁紧俯仰和旋转调整机构；

步骤2：调整俯仰和旋转调整机构的俯仰旋钮，使零件的两个表面产生干涉，形成干涉条纹，获得干涉图样，读取此时干涉图样中干涉条纹的数目N，根据等厚干涉平行差计算公式，得到该区域的平行差；

步骤3：当Φ＜零件直径Φ′≤3Φ时，Φ为干涉仪镜头直径，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/2)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、((Φ-Φ′)/2，0)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、(0，(Φ-Φ′)/2)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)为圆心，Φ为直径的八个区域按照步骤2形成干涉条纹，获得上述八个区域的干涉图样，按照步骤2对零件上述区域平行差进行测试，得到上述窗口零件全范围内的局部平行差；

当3Φ＜零件直径Φ′≤Min[a,b]时，a、b分别为测试区域的长和宽，调整俯仰和旋转调整机构，以零件中心为坐标原点，在以坐标((Φ′-Φ)/4，0)、((Φ′-Φ)/2，0)、(0，(Φ′-Φ)/4)、(0，(Φ′-Φ)/2)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、((Φ-Φ′)/4，0)、((Φ-Φ′)/2，0)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4)、(0，(Φ-Φ′)/4)、(0，(Φ-Φ′)/2)、((Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)、((Sqrt(2)*(Φ′-Φ))/4，(Sqrt(2)*(Φ-Φ′))/4)和为圆心，Φ为直径的十二个区域按照所述步骤2形成干涉条纹，获得上述十二个区域的干涉图样，按照所述步骤2对零件上述区域平行差进行测试，得到上述窗口零件全范围内的局部平行差。