CN112762857B - 一种大口径平面镜面形在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径平面镜面形在线检测方法，检测方法主要使用五棱镜、直角棱镜、反馈镜组件、电子自准直仪、显示器、垂直导轨、垂直滑块、水平导轨和水平滑块等工具组合实施。本发明利用五棱镜的一维不变性特性，并配合其水平和垂直运动，完成自准直光束对大口径平面镜的面形轮廓的逐行逐列扫描,从而达成检测目的，若电子自准直仪的自准像始终与由大口径平面镜反射得到的分划像之间无相对位移，则证明大口径平面镜面形符合要求。本发明具有检测通用性强、检测精度高、检测低成本等特点。

Description

一种大口径平面镜面形在线检测方法

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种大口径平面镜面形在线检测方法。

背景技术

大口径平面镜在线状态特别是装校中，由于自身重力造成的应力和夹具的夹持方式，会对光学元件面形分布造成影响，这就需要对大口径平面镜在装校过程由应力引起的形态变化进行检测，并根据检测得到的结果适时地对大口径平面镜姿态进行调整，改变造成应力的夹持方式以确保大口径平面镜面形精度，大口径平面镜在装校中进行面形的实时检测就具有非常重要的意义。

目前，《电子测量技术》2007年11月底30卷第11期，发表论文“基于五棱镜扫描技术测试大口径平面镜的系统设计”一文中，阐述了大口径平面镜在垂直放置状态下进行面形检测方法。该方法使用的自准直仪孔径正对五棱镜下方垂直放置，通过五棱镜上下滑动实现大口径平面镜面形检测。但是在实际使用时因尺寸限制难以布置自准直仪的位置，必须将大口径平面镜整体升高，否则不能对全口径面形进行检测。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种适用于大口径平面镜面形在线检测方法，在不改变大口径平面镜使用状态的情况下，借助五棱镜、直角棱镜、反馈镜、导轨和电子自准直仪等实现面形的精确检测，对大口径平面镜在装校及使用过程由应力引起的形态变化进行检测。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大口径平面镜面形在线检测装置，其包括：二维支撑机构、水平滑块7、直角棱镜5、垂直导轨4、反馈镜组件2、五棱镜1和电子自准直仪10；水平滑块7布置在二维支撑机构上，直角棱镜5和垂直导轨4布置在水平滑块7上，反馈镜组件2和五棱镜1布置在垂直导轨4上，电子自准直仪10同轴布置在直角棱镜5的入光侧，五棱镜1位于直角棱镜5的反光侧，反馈镜组件2位于五棱镜1的一个反光侧，五棱镜1的另一个反光侧布置待检测大口径平面镜12；二维支撑机构高度可调，水平滑块7在二维支撑机构上能够沿平行大口径平面镜12镜面平行的方向移动，反馈镜组件2和五棱镜1能够沿垂直导轨4上下滑动。

其中，所述二维支撑机构包括支撑台、水平导轨8和升降腿9，水平导轨8布置在支撑台上，水平滑块7可移动地安装在水平导轨8上，升降腿9安装在支撑台下方。

其中，所述水平导轨8平行于大口径平面镜12镜面方向布置，升降腿9高度可调。

其中，所述水平滑块7上设置棱镜座，直角棱镜5安装在棱镜座上，以满足直角棱镜5能够与电子自准直仪10发射光束中心等高度布置。

其中，所述垂直导轨4上设置可上下移动的垂直滑块3，反馈镜组件2和五棱镜1安装在垂直滑块3上，由垂直滑块3带动反馈镜组件2和五棱镜1沿垂直导轨4上下移动。

其中，所述反馈镜组件2包括反馈镜安装座2-1、锁紧压圈2-2、球头调节座2-3和反馈镜2-4；反馈镜2-4一端设置球头调节座2-3，反馈镜安装座2-1一端安装在垂直滑块3，另一端布置的安装槽内布置球头调节座2-3，安装槽外布置锁紧压圈2-2，调节锁紧压圈2-2，实现对球头调节座2-3的锁紧和释放，球头调节座2-3被释放时，能够在安装槽内自由转动。

其中，所述反馈镜2-4表面镀反射膜，使自准回来的反射像颜色与经大口径平面镜12反射的自准像颜色不同。

其中，所述大口径平面镜12安装在平面镜支撑座13上，通过平面镜支撑座13将大口径平面镜12支撑在待检测的高度。

其中，所述还包括：显示器11，与电子自准直仪10连接，显示器11内自动生成十字分划作为检测基准，经由电子自准直仪10形成的自准像送至显示器11，以与显示器11视场中心十字调校重合。

本发明还提供一种大口径平面镜面形在线检测方法，其包括以下步骤：

步骤1：将水平导轨8放置与大口径平面镜12镜面平行的位置，点亮电子自准直仪10光源，电子自准直仪10发射出一束平行光束经直角棱镜5反射后、一部分光束经五棱镜1反射到大口径平面镜12表面，再由大口径平面镜12反射经五棱镜1、直角棱镜5进入电子自准直仪10中，实现自准；另一部分光束经直角棱镜5反射到反馈镜2-4表面，微调反馈镜2-4的球头调节座2-3，使光束再次经直角棱镜5反射进入到电子自准直仪10中；

步骤2：开启显示器11，在显示器11内自动生成十字分划作为检测基准；微调升降退9的高度，使对大口径平面镜12反射形成的自准像与显示器11视场中心十字重合；微调反馈镜2-4的球头调节座2-3，使反馈镜2-4反射形成的自准像与显示器11中心十字重合；

步骤3：垂直滑块3带动五棱镜1沿垂直导轨4缓慢滑动，观察显示器11中自准像位置，若在五棱镜1行进到某一位置时，如果两个自准像均相对显示器11十字在水平方向有相对移动，则表明是垂直导轨4受到外界扰动产生晃动引起的，如果反馈镜2-4自准像未发生位移，而对大口径平面镜12反射形成的自准像产生相对移动，则判定此时五棱镜1对应的大口径平面镜12位置面形产生变化；

步骤4：将水平滑块7带动垂直导轨4沿水平导轨8移动一段距离，垂直滑块3带动五棱镜1沿垂直导轨4再次上下滑动，对大口径平面镜12进行扫描，检查大口径平面镜12在该直线处的反射面形；

步骤5：重复步骤3和步骤4，完成大口径平面镜12的面形检测，根据检测结果，调整大口径平面镜12的装夹方式，使面形精度达到使用要求。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的大口径平面镜面形在线检测方法，具有以下有益效果：

1、本发明结构简单，易于操作，测量精度高，不需使用干涉仪等昂贵的测量设备就可对大口径平面镜面形进行高精度测量。同时占用空间小，可以不移动大口径平面镜位置，直接架设检测装置进行检测，实现了大口径平面镜面形的实时在线测量。

2、本发明使用直角棱镜将五棱镜扫描的垂直光束进行90°折转，便于电子自准直仪的空间布置，缩小了检测设备的空间体积。

3、增加反馈镜组件，用于监视外界环境对五棱镜测量精度的干扰，同时选用特殊反射膜，使自准像的颜色不同于大口径平面镜自准像的颜色，便于两个自准像的区分。

附图说明

图1是本发明优选实例示意图。

图2是反馈镜组件示意图。

其中，1-五棱镜、2-反馈镜组件、3-垂直滑块、4-垂直导轨、5-直角棱镜、6-棱镜座、7-水平滑块、8-水平导轨、9-升降腿、10-电子自准直仪、11-显示器、12-大口径平面镜、13-平面镜支撑座、2-1-反馈镜安装座、2-2-锁紧压圈、2-3-球头调节座、2-4-反馈镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图1所示，本实施例提供一种大口径平面镜面形在线检测装置，该装置包括：二维支撑机构、水平滑块7、直角棱镜5、垂直导轨4、反馈镜组件2、五棱镜1和电子自准直仪10；水平滑块7布置在二维支撑机构上，直角棱镜5和垂直导轨4布置在水平滑块7上，反馈镜组件2和五棱镜1布置在垂直导轨4上，电子自准直仪10同轴布置在直角棱镜5的入光侧，五棱镜1位于直角棱镜5的反光侧，反馈镜组件2位于五棱镜1的一个反光侧，五棱镜1的另一个反光侧布置待检测大口径平面镜12；二维支撑机构高度可调，水平滑块7在二维支撑机构上能够沿平行大口径平面镜12镜面平行的方向移动，反馈镜组件2和五棱镜1能够沿垂直导轨4上下滑动。

上述装置中，二维支撑机构包括支撑台、水平导轨8和升降腿9，水平导轨8布置在支撑台上，升降腿9安装在支撑台下方。水平导轨8平行于大口径平面镜12镜面方向布置，水平滑块7可移动地安装在水平导轨8上；升降腿9高度可调。

水平滑块7上设置棱镜座，直角棱镜5安装在棱镜座上，以满足直角棱镜5能够与电子自准直仪10发射光束中心等高度布置。

垂直导轨4上设置可上下移动的垂直滑块3，反馈镜组件2和五棱镜1安装在垂直滑块3上，由垂直滑块3带动反馈镜组件2和五棱镜1沿垂直导轨4上下移动。

反馈镜组件2包括反馈镜安装座2-1、锁紧压圈2-2、球头调节座2-3和反馈镜2-4；反馈镜2-4一端设置球头调节座2-3，反馈镜安装座2-1一端安装在垂直滑块3，另一端布置的安装槽内布置球头调节座2-3，安装槽外布置锁紧压圈2-2，调节锁紧压圈2-2，实现对球头调节座2-3的锁紧和释放，球头调节座2-3被释放时，能够在安装槽内自由转动。反馈镜2-4表面镀反射膜，使自准回来的反射像颜色与经大口径平面镜反射的自准像颜色不同，便于区分。

大口径平面镜12安装在平面镜支撑座13上，通过平面镜支撑座13将大口径平面镜12支撑在待检测的高度。

本实施例检测装置还包括：显示器11，与电子自准直仪10连接，显示器11内自动生成十字分划作为检测基准，经由电子自准直仪10形成的自准像送至显示器11，以与显示器11视场中心十字调校重合。

基于上述检测装置，本实施例还提供一种大口径平面镜面形在线检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将水平导轨8放置与大口径平面镜12镜面平行的位置，点亮电子自准直仪10光源，电子自准直仪10发射出一束平行光束经直角棱镜5反射后、一部分光束经五棱镜1反射到大口径平面镜12表面，再由大口径平面镜12反射经五棱镜1、直角棱镜5进入电子自准直仪10中，实现自准；另一部分光束经直角棱镜5反射到反馈镜2-4表面，微调反馈镜2-4的球头调节座2-3，使光束再次经直角棱镜5反射进入到电子自准直仪10中。

步骤2：开启显示器11，在显示器11内自动生成十字分划作为检测基准；微调升降退9的高度，使对大口径平面镜12反射形成的自准像与显示器11视场中心十字重合；微调反馈镜2-4的球头调节座2-3，使反馈镜2-4反射形成的自准像与显示器11中心十字重合。

步骤3：垂直滑块3带动五棱镜1沿垂直导轨4缓慢滑动，观察显示器11中自准像位置，若在五棱镜1行进到某一位置时，如果两个自准像均相对显示器11十字在水平方向有相对移动，则表明是垂直导轨4受到外界扰动产生晃动引起的，如果反馈镜2-4自准像未发生位移，而对大口径平面镜12反射形成的自准像产生相对移动，则判定此时五棱镜1对应的大口径平面镜12位置面形产生变化。

步骤4：将水平滑块7带动垂直导轨4沿水平导轨8移动一段距离，垂直滑块3带动五棱镜1沿垂直导轨4再次上下滑动，对大口径平面镜12进行扫描，检查大口径平面镜12在该直线处的反射面形。

步骤5：重复步骤3和步骤4，完成大口径平面镜12的面形检测。根据检测结果，调整大口径平面镜12的装夹方式，使面形精度达到使用要求。

由上述技术方案可以看出，本发明使用直角棱镜将五棱镜扫描的垂直光束进行90°折转，便于电子自准直仪的空间布置，可以不移动大口径平面镜位置，直接架设检测装置进行检测，实现了大口径平面镜面形的实时在线测量；同时增加一块反馈镜组件，用于监视外界环境对五棱镜测量精度的干扰；反馈镜镀制反射膜，用于形成与大口径平面镜自准像不同颜射的反射像，便于区分反馈镜的自准反射像与大口径平面镜的自准反射像。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种大口径平面镜面形在线检测方法，其特征在于，所述检测方法基于大口径平面镜面形在线检测装置进行大口径平面镜面形在线检测，所述检测装置包括：二维支撑机构、水平滑块(7)、直角棱镜(5)、垂直导轨(4)、反馈镜组件(2)、五棱镜(1)和电子自准直仪(10)；水平滑块(7)布置在二维支撑机构上，直角棱镜(5)和垂直导轨(4)布置在水平滑块(7)上，反馈镜组件(2)和五棱镜(1)布置在垂直导轨(4)上，电子自准直仪(10)同轴布置在直角棱镜(5)的入光侧，五棱镜(1)位于直角棱镜(5)的反光侧，反馈镜组件(2)位于五棱镜(1)的一个反光侧，五棱镜(1)的另一个反光侧布置待检测大口径平面镜(12)；二维支撑机构高度可调，水平滑块(7)在二维支撑机构上能够沿平行大口径平面镜(12)镜面平行的方向移动，反馈镜组件(2)和五棱镜(1)能够沿垂直导轨(4)上下滑动；所述二维支撑机构包括支撑台、水平导轨(8)和升降腿(9)，水平导轨(8)布置在支撑台上，水平滑块(7)可移动地安装在水平导轨(8)上，升降腿(9)安装在支撑台下方；所述水平导轨(8)平行于大口径平面镜(12)镜面方向布置，升降腿(9)高度可调；所述水平滑块(7)上设置棱镜座，直角棱镜(5)安装在棱镜座上，以满足直角棱镜(5)能够与电子自准直仪(10)发射光束中心等高度布置；所述垂直导轨(4)上设置可上下移动的垂直滑块(3)，反馈镜组件(2)和五棱镜(1)安装在垂直滑块(3)上，由垂直滑块(3)带动反馈镜组件(2)和五棱镜(1)沿垂直导轨(4)上下移动；所述反馈镜组件(2)包括反馈镜安装座(2-1)、锁紧压圈(2-2)、球头调节座(2-3)和反馈镜(2-4)；反馈镜(2-4)一端设置球头调节座(2-3)，反馈镜安装座(2-1)一端安装在垂直滑块(3)，另一端布置的安装槽内布置球头调节座(2-3)，安装槽外布置锁紧压圈(2-2)，调节锁紧压圈(2-2)，实现对球头调节座(2-3)的锁紧和释放，球头调节座(2-3)被释放时，能够在安装槽内自由转动；所述反馈镜(2-4)表面镀反射膜，使自准回来的反射像颜色与经大口径平面镜(12)反射的自准像颜色不同；所述大口径平面镜(12)安装在平面镜支撑座(13)上，通过平面镜支撑座(13)将大口径平面镜(12)支撑在待检测的高度；所述检测装置还包括：显示器(11)，与电子自准直仪(10)连接，显示器(11)内自动生成十字分划作为检测基准，经由电子自准直仪(10)形成的自准像送至显示器(11)，以与显示器(11)视场中心十字调校重合；

所述检测方法包括以下步骤：

步骤1：将水平导轨(8)放置与大口径平面镜(12)镜面平行的位置，点亮电子自准直仪(10)光源，电子自准直仪(10)发射出一束平行光束经直角棱镜(5)反射后、一部分光束经五棱镜(1)反射到大口径平面镜(12)表面，再由大口径平面镜(12)反射经五棱镜(1)、直角棱镜(5)进入电子自准直仪(10)中，实现自准；另一部分光束经直角棱镜(5)反射到反馈镜(2-4)表面，微调反馈镜(2-4)的球头调节座(2-3)，使光束再次经直角棱镜(5)反射进入到电子自准直仪(10)中；

步骤2：开启显示器(11)，在显示器(11)内自动生成十字分划作为检测基准；微调升降腿(9)的高度，使对大口径平面镜(12)反射形成的自准像与显示器(11)视场中心十字重合；微调反馈镜(2-4)的球头调节座(2-3)，使反馈镜(2-4)反射形成的自准像与显示器(11)中心十字重合；

步骤3：垂直滑块(3)带动五棱镜(1)沿垂直导轨(4)缓慢滑动，观察显示器(11)中自准像位置，若在五棱镜(1)行进到某一位置时，如果两个自准像均相对显示器(11)十字在水平方向有相对移动，则表明是垂直导轨(4)受到外界扰动产生晃动引起的，如果反馈镜(2-4)自准像未发生位移，而对大口径平面镜(12)反射形成的自准像产生相对移动，则判定此时五棱镜(1)对应的大口径平面镜(12)位置面形产生变化；

步骤4：将水平滑块(7)带动垂直导轨(4)沿水平导轨(8)移动一段距离，垂直滑块(3)带动五棱镜(1)沿垂直导轨(4)再次上下滑动，对大口径平面镜(12)进行扫描，检查大口径平面镜(12)在该直线处的反射面形；

步骤5：重复步骤3和步骤4，完成大口径平面镜(12)的面形检测，根据检测结果，调整大口径平面镜(12)的装夹方式，使面形精度达到使用要求。

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