CN114427953A - 一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法，根据系统视场、理论系数及像差关系建立失调光学系统数学模型，通过干涉仪实时检测失调系统图像数据，智能分析实时反馈闭环指导六自由度机构运动，使系统实现自动装调达到技术指标，满足了批量化反射镜高效装调需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法，属于闭环控制实现光学系统自动装调领域。
背景技术
为满足高精度光学系统现代化快速发展批量化生产需求，提出光学反射镜全自动装调六自由度控制设计，通过建立失调系统装调模型，采用干涉仪闭环检测失调像差，分析反馈指导调整六自由度机构调整台运动，实现对系统模块化高精度定量控制。
光学元件测量的全自动化系统可有效提高反射镜组批研制效率。传统反射镜在组件装校阶段中消耗了大量精力和时间，通常依靠专业的装调人员以及相对简单的调整装置来实现，对于单件光学零件生产通过此方法可完成指标要求，但如今对光学系统装调效率、可靠稳定性及质量要求越来越高，因此有必要提出一种新的装调自动化系统来满足现代化高效率高精度的发展需要，有效推动高精度光学系统批量化工业生产升级。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统反射镜在组件装校阶段中耗费时间装校过多、装调效率较低的问题，提出了一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种用于光学元件测量的全自动化系统，包括多维调整系统、六自由度机构调整台，所述多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，其中：
所述干涉仪光轴与补偿器、反射镜组对准安装，干涉仪发出激光光束经过半反半透镜、补偿器，照射于反射镜组表面由原光路反射，于半反半透镜反射经显微成像镜头成像于CMOS探测器上，形成光斑坐标(X0,Y0)，通过同步干涉仪采集测量干涉图像。
所述光斑坐标(X0,Y0)的形成过程中：
对六自由度机构调整台中的反射镜组进行更换，通过多维调整系统、六自由度机构调整台组成的检测光路于CMOS探测器上进行成像，获取光斑坐标(X1,Y1)，并进行解算粗调，将解算结果反馈至多维调整系统，使光斑坐标回复(X0,Y0)，并通过干涉仪采集干涉图像，闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组进行多位姿微调，并输出实时数据。
所述多维调整系统、六自由度机构调整台的控制范围、重复定位精度及载荷情况根据光学测量任务的装调要求确定。
所述反射镜组为单镜或指定数量反射镜组成。
一种用于光学元件测量的全自动化系统测量方法，步骤如下：
(1)根据光学测量任务的装调要求，搭建测试光路进行反射镜组测试，建立测试基准，进行初次测试，获取光斑坐标(X0,Y0)；
(2)更换反射镜组，重新进行测试并获取成像光斑实时坐标(X1,Y1)；
(3)于测试光路的多维调整系统中进行解算粗调，使成像坐标位置回复至(X0,Y0)；
(4)通过干涉仪同步采集干涉图像，智能分析闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组完成多位姿微调；
(5)通过干涉仪再次采集干涉图像，确认分析数据，完成测试。
所述测试光路包括多维调整系统、六自由度机构调整台，其中：
所述多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，六自由度机构调整台用于选取待测试反射镜组成反射镜组，通过支撑结构调节反射镜组位姿，多维调整系统用于对反射镜反射光路进行调节及成像。
所述反射镜组为单镜或指定数量反射镜组成，反射镜数量根据光学测量任务的装调要求确定.
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法，通过设计切换光路调整系统，将读取光斑坐标粗调定位与干涉图解析精调闭环控制相结合，实现了多设备自动化同步精密定位联调，极大的缩短了批量化反射镜装调测试时间，增加了系统可靠性，并通过干涉仪实时检测失调系统图像数据，智能分析实时反馈指导六自由度机构运动，使系统实现自动装调达到技术指标，满足了批量化反射镜高效装调需求。
附图说明
图1为发明提供的反射镜全自动化装调光路示意图；
图2为发明提供的批量化反射镜装调流程示意图；
图3为发明提供的闭环联调流程示意图；
具体实施方式
一种用于光学元件测量的全自动化系统及测试方法，通过设计调整切换光路，将读取光斑坐标粗调定位与干涉图解析精调闭环控制相结合，合理分配了误差调整量，将被测光学系统快速收敛全自动化调整至理论位置，实现了多台精密仪器同步解算与联调的跨越式前进，具体系统组成如下：
包括多维调整系统、六自由度机构调整台，所述多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，干涉仪光轴与补偿器、反射镜组对准安装，干涉仪发出激光光束经过半反半透镜、补偿器，照射于反射镜组表面由原光路反射，于半反半透镜反射经显微成像镜头成像于CMOS探测器上，形成光斑坐标(X0,Y0)，通过同步干涉仪采集测量干涉图像。
其中，光斑坐标(X0,Y0)形成过程中：
对六自由度机构调整台中的反射镜组进行更换，通过多维调整系统、六自由度机构调整台组成的检测光路于CMOS探测器上进行成像，获取光斑坐标(X1,Y1)，并进行解算粗调，将解算结果反馈至多维调整系统，使光斑坐标回复(X0,Y0)，并通过干涉仪采集干涉图像，闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组进行多位姿微调，并输出实时数据。
具体的，多维调整系统、六自由度机构调整台的控制范围、重复定位精度及载荷情况根据光学测量任务的装调要求确定；
反射镜组为单镜或指定数量反射镜组成。
用于光学元件测量的全自动化系统测量方法，步骤如下：
(1)根据光学测量任务的装调要求，搭建测试光路进行反射镜组测试，建立测试基准，进行初次测试，获取光斑坐标(X0,Y0)；
(2)更换反射镜组，重新进行测试并获取成像光斑实时坐标(X1,Y1)；
(3)于测试光路的多维调整系统中进行解算粗调，使成像坐标位置回复至(X0,Y0)；
(4)通过干涉仪同步采集干涉图像，智能分析闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组完成多位姿微调；
(5)通过干涉仪再次采集干涉图像，确认分析数据，完成测试。
其中，测试光路包括多维调整系统、六自由度机构调整台，多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，六自由度机构调整台用于选取待测试反射镜组成反射镜组，通过支撑结构调节反射镜组位姿，多维调整系统用于对反射镜反射光路进行调节及成像。
反射镜数量根据光学测量任务的装调要求确定。
下面根据具体实施例进行进一步说明：
在当前实施例中，如图1至图3所示，实现光学元件测量的全自动化系统，包括多维调整系统1和六自由度机构调整台6，其特征在于：所述多维调整系统1连接包括干涉仪2、半反半透镜7、补偿器3、显微成像镜头8和CMOS探测器9，六自由度机构调整台6连接包括反射镜组4和支撑结构5，反射镜4包括同系列多个单件反射镜；
干涉仪2光轴与补偿器3、反射镜组4对准，干涉仪2发出激光光束，经半反半透镜7与补偿器3照在反射镜组4原光路反射，在半反半透镜7反射经显微成像镜头8成像于CMOS探测器9，形成光斑坐标(X0,Y0)，同时干涉仪2采集测量干涉图像；
更换反射镜组4，经上述检测光路成像于CMOS探测器9，得到光斑坐标(X1,Y1)，解算粗调反馈至多维调整系统1，成像得到光斑坐标(X0,Y0)，干涉仪2同步采集干涉图像，闭环指导六自由度机构调整台6，实现对反射镜组4多位姿微调，实时输出完成数据确认；
多维调整系统1和六自由度机构调整台6，控制范围、重复定位精度及载荷情况视装调要求情况而定。
全自动化系统的测量方法步骤如下：
步骤一、根据实际装调情况，搭建光路完成反射镜组4测试，建立基准，得到光斑坐标(X0,Y0)；
步骤二、更换反射镜组4，成像光斑实时坐标(X1,Y1)；
步骤三、粗调多维调整系统1，使其成像位于坐标(X0,Y0)；
步骤四、干涉仪2同步采集干涉图像，智能分析闭环指导六自由度机构调整台6，实现对反射镜组4多位姿微调；
步骤五、干涉仪2再次采集干涉图像，确认分析数据，完成测试。
搭建干涉成像光路过程中，定位调整干涉仪2、补偿器3、非球面反射镜组4共轴，切入成像模式，在CMOS探测器9形成光斑坐标(X0,Y0)，更换非球面反射镜组4，得到光斑坐标(X1,Y1)，计算机总控解算粗调五维调整系统1，得到成像光斑坐标(X0,Y0)，干涉仪2同步采集干涉图合理分配误差，闭环指导六自由度机构调整台6，快速收敛实现对非球面反射镜组4位姿微调，干涉仪2再次采集干涉图像，实时输出完成数据确认。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种用于光学元件测量的全自动化系统，其特征在于：
包括多维调整系统、六自由度机构调整台，所述多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，其中：
所述干涉仪光轴与补偿器、反射镜组对准安装，干涉仪发出激光光束经过半反半透镜、补偿器，照射于反射镜组表面由原光路反射，于半反半透镜反射经显微成像镜头成像于CMOS探测器上，形成光斑坐标(X0,Y0)，通过同步干涉仪采集测量干涉图像。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学元件测量的全自动化系统，其特征在于：
所述光斑坐标(X0,Y0)的形成过程中：
对六自由度机构调整台中的反射镜组进行更换，通过多维调整系统、六自由度机构调整台组成的检测光路于CMOS探测器上进行成像，获取光斑坐标(X1,Y1)，并进行解算粗调，将解算结果反馈至多维调整系统，使光斑坐标回复(X0,Y0)，并通过干涉仪采集干涉图像，闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组进行多位姿微调，并输出实时数据。
3.根据权利要求2所述的一种用于光学元件测量的全自动化系统，其特征在于：
所述多维调整系统、六自由度机构调整台的控制范围、重复定位精度及载荷情况根据光学测量任务的装调要求确定。
4.根据权利要求3所述的一种用于光学元件测量的全自动化系统，其特征在于：
所述反射镜组为单镜或指定数量反射镜组成。
5.一种根据权利要求4所述的用于光学元件测量的全自动化系统测量方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据光学测量任务的装调要求，搭建测试光路进行反射镜组测试，建立测试基准，进行初次测试，获取光斑坐标(X0,Y0)；
(2)更换反射镜组，重新进行测试并获取成像光斑实时坐标(X1,Y1)；
(3)于测试光路的多维调整系统中进行解算粗调，使成像坐标位置回复至(X0,Y0)；
(4)通过干涉仪同步采集干涉图像，智能分析闭环指导六自由度机构调整台，对反射镜组完成多位姿微调；
(5)通过干涉仪再次采集干涉图像，确认分析数据，完成测试。
6.根据权利要求5所述的一种用于光学元件测量的全自动化系统测量方法，其特征在于：
所述测试光路包括多维调整系统、六自由度机构调整台，其中：
所述多维调整系统包括干涉仪、半反半透镜、补偿器、显微成像镜头、CMOS探测器，所述六自由度机构调整台包括反射镜组、支撑结构，六自由度机构调整台用于选取待测试反射镜组成反射镜组，通过支撑结构调节反射镜组位姿，多维调整系统用于对反射镜反射光路进行调节及成像。
7.根据权利要求6所述的一种用于光学元件测量的全自动化系统测量方法，其特征在于：
所述反射镜组为单镜或指定数量反射镜组成，反射镜数量根据光学测量任务的装调要求确定。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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