專利名稱：立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)試儀器領(lǐng)域，具體涉及一種立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)波前的檢驗(yàn)是高分辨率光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量檢測(cè)的重要手段。采用自準(zhǔn)法對(duì)光學(xué)系統(tǒng)波前檢測(cè)時(shí)(光軸水平)，需要對(duì)立式大口徑平面鏡面形情況進(jìn)行復(fù)測(cè)和監(jiān)測(cè)，而現(xiàn)有方法對(duì)光學(xué)平面鏡的檢測(cè)需要干涉儀和基準(zhǔn)平面鏡，常規(guī)高精度測(cè)量光學(xué)平面鏡面形的方法是干涉測(cè)量法，需要干涉儀口徑不小于被測(cè)試平面鏡口徑；同時(shí)，需要提供至少同等口徑的平面基準(zhǔn)鏡。如圖I所示，現(xiàn)有的測(cè)試裝置包括干涉儀I、被測(cè)系統(tǒng)2和平面鏡3 ;干涉儀I發(fā)出被測(cè)光線經(jīng)過(guò)被測(cè)系統(tǒng)2后由平面鏡3反射回干涉儀1，被測(cè)光線和基準(zhǔn)光產(chǎn)生干涉條紋，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部圖象采集、測(cè)試與計(jì)算處理后，給出被測(cè)試系統(tǒng)光學(xué)波 前像差。目前國(guó)外平面干涉儀可測(cè)試最大口徑為600_;國(guó)內(nèi)沒(méi)有此類設(shè)備。現(xiàn)有的測(cè)量方法對(duì)設(shè)備的加工要求高，且機(jī)械擾動(dòng)性對(duì)測(cè)量方法影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)大口徑光學(xué)平面反射鏡在使用過(guò)程中的面形校準(zhǔn)與監(jiān)測(cè)，且測(cè)試精度高。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，該裝置包括支撐底臺(tái)、水平轉(zhuǎn)臺(tái)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、長(zhǎng)導(dǎo)軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測(cè)角裝置、第二測(cè)角裝置、滑板、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；支撐底臺(tái)上依次放置水平轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè)與長(zhǎng)導(dǎo)軌連接，長(zhǎng)導(dǎo)軌上安裝滑板、第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置；第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長(zhǎng)導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)控制第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉(zhuǎn)臺(tái)和滑板運(yùn)動(dòng)。工作原理由兩個(gè)測(cè)角裝置發(fā)出基準(zhǔn)光線經(jīng)兩個(gè)反射鏡折轉(zhuǎn)到被測(cè)試平面反射鏡上，然后經(jīng)反射由原路返回，通過(guò)兩個(gè)測(cè)角裝置接收和測(cè)試獲得各自光線偏轉(zhuǎn)角度，兩個(gè)測(cè)角裝置的角度差值變化量即為測(cè)試點(diǎn)之間的角度變化值；通過(guò)兩個(gè)反射鏡在長(zhǎng)導(dǎo)軌上的等間隔移動(dòng)而獲得各個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的角度變化值，用此角度變化值和間隔量的乘積可獲得測(cè)試點(diǎn)間的高度變化值，從而測(cè)試出平面鏡在此方向上的輪廓形狀；同時(shí)，經(jīng)過(guò)精密轉(zhuǎn)臺(tái)的不同角度轉(zhuǎn)動(dòng)定位實(shí)現(xiàn)對(duì)平面鏡在不同方向上的輪廓形狀測(cè)試，最后對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算而獲得平面鏡整體、全口徑面形輪廓圖。本發(fā)明的有益效果是
(I)本發(fā)明采用直接測(cè)量方式，避免了傳統(tǒng)的相對(duì)測(cè)量方法所需要采用口徑相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)平面鏡和干涉儀。(2)本發(fā)明利用了測(cè)角裝置在測(cè)試光學(xué)波前質(zhì)量的同時(shí)可精確提供波前傾斜信息的特點(diǎn)，并且具有體積小、重量輕、精度高，數(shù)字化程度高，不同姿態(tài)使用不影響測(cè)試結(jié)果的特點(diǎn)，靈活方便使用，設(shè)備承載量減小，精度易于保證。(3)本發(fā)明采用兩套測(cè)角裝置和反射鏡相組合的方式測(cè)試角度變化量，從而大幅度降低設(shè)備結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性對(duì)測(cè)試精度的影響，也降低了對(duì)測(cè)試環(huán)境的要求，較易達(dá)到穩(wěn)定性的要求。


圖I現(xiàn)有技術(shù)中的位相差測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2本發(fā)明立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是由本發(fā)明獲得的光學(xué)面形輪廓圖。圖中1、干涉儀，2、被測(cè)系統(tǒng)，3、平面鏡，4、升降支腿，5、支撐底臺(tái)，6、水平轉(zhuǎn)臺(tái)，7、配重塊，8、垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái),9、連接軸，10、長(zhǎng)導(dǎo)軌,11、第一五棱鏡，12、第二五棱鏡，13、第一哈德曼波前測(cè)試儀，14、第二哈德曼波前測(cè)試儀，15、滑板，16、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，17、電控系統(tǒng)，18、承載板，19、平面反射鏡和20、條帶區(qū)域。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置包括四個(gè)升降支腿4、支撐底臺(tái)5、水平轉(zhuǎn)臺(tái)6、配重塊7、垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8、連接軸9、長(zhǎng)導(dǎo)軌10、第一五棱鏡11、第二五棱鏡12、帶有自準(zhǔn)光源的第一哈德曼波前測(cè)試儀13、帶有自準(zhǔn)光源的第二哈德曼波前測(cè)試儀14、滑板15、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)16、電控系統(tǒng)17和承載板18 ;四個(gè)升降支腿9均布在支撐底臺(tái)5的四個(gè)邊角處，水平轉(zhuǎn)臺(tái)6置于支撐底臺(tái)5上，垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8置于水平轉(zhuǎn)臺(tái)6上，配重塊7固定在垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8的一端，連接軸9的一端固定在垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8的另一端，垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8通過(guò)連接軸9與承載板18連接，承載板18與長(zhǎng)導(dǎo)軌10連接，滑板15在長(zhǎng)導(dǎo)軌10上滑動(dòng)；第一五棱鏡11和第二五棱鏡12固定在滑板15上,帶有自準(zhǔn)光源的第一哈德曼波前測(cè)試儀13和第二哈德曼波前測(cè)試儀14均固定在長(zhǎng)導(dǎo)軌10上；電控系統(tǒng)17與垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8和滑板15的內(nèi)部電路驅(qū)動(dòng)部件連接，用于控制垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8的豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度和滑板15上安裝的第一五棱鏡11和第二五棱鏡12的直線移動(dòng)位置和距離；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)16與第一哈德曼波前測(cè)試儀13和第二哈德曼波前測(cè)試儀14連接，用于采集、計(jì)算與分析測(cè)角數(shù)據(jù)；被測(cè)試平面反射鏡18位于滑板15的前方。本發(fā)明立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置的測(cè)量方法如下步驟一將經(jīng)由第一哈德曼波前測(cè)試儀13和第二哈德曼波前測(cè)試儀14發(fā)出的平行光分別對(duì)準(zhǔn)第一五棱鏡11和第二五棱鏡12,平行光經(jīng)第一五棱鏡11和第二五棱鏡12折轉(zhuǎn)90°，分別入射到被測(cè)試的大口徑平面反射鏡19上，調(diào)整平面反射鏡19，使得經(jīng)平面反射鏡19反射后的平行光分別返回到第一哈德曼波前測(cè)試儀13和第二哈德曼波前測(cè)試儀14；
步驟二 由電控系統(tǒng)17控制豎直轉(zhuǎn)動(dòng)垂直精密轉(zhuǎn)臺(tái)8，通過(guò)連接軸9使得滑板15轉(zhuǎn)動(dòng)到所要測(cè)試的平面反射鏡19的待測(cè)條帶區(qū)域20，轉(zhuǎn)動(dòng)水平轉(zhuǎn)臺(tái)6和調(diào)整升降支腿4，使得平行光垂直入射到被測(cè)平面反射鏡18上，完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)；步驟三通過(guò)第一五棱鏡11與第二五棱鏡12在大量程直線長(zhǎng)導(dǎo)軌10上的等間隔移動(dòng)，獲得不同測(cè)試點(diǎn)上沿移動(dòng)方向的角度變化量，此角度變化量與移動(dòng)間隔的乘積即為被測(cè)試平面反射鏡18在此方向上的兩間隔點(diǎn)之間的高度差，在每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)處讀取第一哈德曼波前測(cè)試儀13和第二哈德曼波前測(cè)試儀14顯示的角度值，記錄二者角度差值變化量，由數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)16完成對(duì)被測(cè)平面反射鏡19在該條帶區(qū)域20的輪廓測(cè)試；步驟四重復(fù)操作步驟二和步驟三，如圖3所示，可依次完成被測(cè)平面反射鏡19的多個(gè)條帶區(qū)域20的輪廓測(cè)試。本發(fā)明測(cè)試裝置中影響測(cè)角精度的主要因素為測(cè)角儀測(cè)試精度、掃描導(dǎo)軌精度、轉(zhuǎn)臺(tái)精度與穩(wěn)定性。測(cè)角儀采用允許多種狀態(tài)使用的高精度哈德曼波前測(cè)試儀，由于其體積小、重量輕，可在不同姿態(tài)下使用，測(cè)試精度不受重力影響，因而，可實(shí)現(xiàn)該裝置中在不同 方位角度上對(duì)光學(xué)波前條帶區(qū)域輪廓掃描測(cè)試的功能；由于五棱鏡的光學(xué)特性，在測(cè)試方向上對(duì)機(jī)械擾動(dòng)不敏感，因此，對(duì)導(dǎo)軌精度要求不過(guò)高，可實(shí)現(xiàn)加工，對(duì)I. 5米有效形成的長(zhǎng)導(dǎo)軌10，精度要求10'丨，而承載板18控制導(dǎo)軌的精度。對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的要求主要是在對(duì)平面反射鏡19測(cè)試條帶掃描測(cè)試過(guò)程中不要晃動(dòng)，因此，需要有良好的精度即3 '丨和鎖緊機(jī)構(gòu)即可。本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)加工，可測(cè)試口徑主要取決于長(zhǎng)導(dǎo)軌10的有效量程，對(duì)于I. 5m量程的長(zhǎng)導(dǎo)軌10,由于五棱鏡的光學(xué)特性,在測(cè)試方向上對(duì)機(jī)械擾動(dòng)不敏感，因此，對(duì)長(zhǎng)導(dǎo)軌10加工精度要求不高，較易達(dá)到。
權(quán)利要求
1.立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置包括支撐底臺(tái)、水平轉(zhuǎn)臺(tái)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、長(zhǎng)導(dǎo)軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測(cè)角裝置、第二測(cè)角裝置、滑板、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)； 所述支撐底臺(tái)上依次放置水平轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè)與長(zhǎng)導(dǎo)軌連接，長(zhǎng)導(dǎo)軌上安裝滑板、第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置；所述第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長(zhǎng)導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)控制第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉(zhuǎn)臺(tái)和滑板運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，所述第一反射鏡和第二反射鏡為五棱鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，所述第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置為雙哈德曼波前傳感器。
4.如權(quán)利要求I所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置還包括升降支腿；所述升降支腿固定在支撐底臺(tái)下方。
5.如權(quán)利要求I所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置還包括配重塊；所述配重塊固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè)。
6.如權(quán)利要求I所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置還包括連接軸；所述精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)連接軸與長(zhǎng)導(dǎo)軌連接。
7.如權(quán)利要求I或6所述的立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置，其特征在于，該裝置還包括承載板；所述承載板位于連接軸和長(zhǎng)導(dǎo)軌之間。
全文摘要
立式大量程高精度光學(xué)平面測(cè)試裝置屬于光學(xué)測(cè)試儀器領(lǐng)域，該裝置包括支撐底臺(tái)、水平轉(zhuǎn)臺(tái)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、長(zhǎng)導(dǎo)軌、第一反射鏡、第二反射鏡、第一測(cè)角裝置、第二測(cè)角裝置、滑板、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和電控系統(tǒng)；支撐底臺(tái)上依次放置水平轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)的一側(cè)與長(zhǎng)導(dǎo)軌連接，長(zhǎng)導(dǎo)軌上安裝滑板、第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置；第一反射鏡和第二反射鏡固定在滑板上，滑板在長(zhǎng)導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)控制第一測(cè)角裝置和第二測(cè)角裝置，電控系統(tǒng)控制精密轉(zhuǎn)臺(tái)和滑板運(yùn)動(dòng)。該裝置其體積小、重量輕，可在不同姿態(tài)下使用，測(cè)試精度不受重力影響，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)加工，可測(cè)試口徑主要取決于長(zhǎng)導(dǎo)軌的有效量程。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102878949SQ20121036389
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者馬冬梅, 宋立維, 王濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所