專利名稱：一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學檢測技術領域，涉及一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置。
背景技術：
隨著科學技術的不斷發(fā)展，大口徑光學系統(tǒng)在天文光學、空間光學、空間目標探測與識別、慣性約束聚變(ICF)等高技術領域得到了越來越廣泛的應用，因此大口徑光學元件的制造需要與之精度相適應的檢測方法和儀器。目前大口徑光學元件的表面加工質量一般是使用大口徑的移相干涉儀，這就要求要有一塊與被測元件尺寸相同或者更大的標準面形，而這樣一個高精度的標準表面，不僅加工難度極大，而且制造周期長，制造成本高，這些都無形地增加了檢測的成本和難度。為 了尋求一種低成本的檢測手段，國外在20世紀80年代開展了子孔徑拼接這一方案的研究，即使用小口徑、高精度、高分辨率的干涉儀通過相關拼接技術來復原大口徑光學元件的波前相位數(shù)據(jù)，這是一項新的高精度、大孔徑面形檢測手段，它既保留了干涉測量的高精度，又免去了使用與全孔徑尺寸相同的標準波面，從而大大降低了成本，同時還可以獲得大孔徑干涉儀所截去的波面高頻信息。子孔徑測試概念是在1982年，由美國Arizona光學中心的C. J. Kim首先提出來的，他使用小口徑平面反射鏡陣列代替大口徑平面反射鏡實現(xiàn)了拋物面鏡的自準直檢驗。上世紀90年代初，隨著計算機控制及數(shù)據(jù)處理技術的不斷發(fā)展，該技術逐步轉入到應用研究階段。S. T. Theodore將子孔徑測試技術應用于一種改進的Ritchey-Common配置中，該配置比通常的Ritchey-Common配置具有較短的光程，能夠有效減少大氣擾動的影響，而且返回光學元件的直徑小于測試光束的直徑。這期間發(fā)展的拼接算法使多個子孔徑的重疊區(qū)的不匹配最小化，以達到高空間分辨率的全孔徑面形重構，并且誤差均化思想的引入使得拼接算法的精度有了很大的提高，這些相關技術主要應用在大口徑平面面形檢驗，用于擴展其橫向動態(tài)范圍。1997年，M. Bray制造出實用化的用于大口徑光學平面元件檢測的子孔徑拼接干涉儀。隨后幾年，M. Bray將功率譜密度(PSD)概念引入到拼接干涉儀特性分析中，分析表明它能較準確地描述由子孔徑邊緣效應引起的拼接“噪聲”。2003年美國QED技術公司研制成功了 SSI自動拼接干涉儀，能夠高精度檢測口徑200mm以內的平面、球面、適當偏離度的非球面。其拼接算法在繼承了早期算法的優(yōu)點外，還補償了通常算法所校正的相對調整誤差之外的系統(tǒng)誤差，進一步提高了拼接精度。國內，子孔徑測試技術的研究開始于上世紀90年代初，主要用于大口徑平面光學元件檢測。南京理工大學把子孔徑測試技術應用到相移平面干涉儀中，將測試口徑范圍從250mm 擴展到 500mm。90年代中后期，浙江大學現(xiàn)代光學儀器國家重點實驗室用子孔徑測試技術檢驗了某資源衛(wèi)星的RC光學系統(tǒng)，并提出了拼接目標函數(shù)分析法，在減少子孔徑間兩兩拼接造成誤差累積和傳遞方面具有積極的意義。從子孔徑拼接干涉儀的使用原理來說，子孔徑拼接干涉儀通常使用二維平移臺或多維平移臺控制待測鏡移動。待測鏡在二維平移移動過程中引起的x，y方向定位誤差和X, y方向傾斜誤差會影響拼接精度。在本發(fā)明中，在子孔徑拼接過程中，利用五軸測長干涉儀，測出x，y，ex, ey在移動過程中產生的誤差，并代入到拼接算法中去，從而提高拼接精度。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的是提供一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，以實現(xiàn)在檢測過程中測量待測鏡平移時引起的傾斜和定位誤差，同時把誤差代入算法中進行補償。為達成所述目的，本發(fā)明提供一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝 置，包括計算機、激光干涉儀測量頭、待測鏡、二維平移臺、第一反射鏡、第二反射鏡、激光源、準直光學系統(tǒng)、第一分光鏡、第二分光鏡、第三分光鏡、第一接收器、第一干涉測量系統(tǒng)、第二接收器、第二干涉測量系統(tǒng)、波長補償器、第四分光鏡、第五分光鏡、第三接收器、第三干涉測量系統(tǒng)、第四接收器、第四干涉測量系統(tǒng)、第六分光鏡、第七分光鏡、第五接收器、第五干涉測量系統(tǒng)。其中計算機與激光干涉儀測量頭連接，同時計算機與第一接收器，第二接收器，第三接收器，第四接收器，第五接收器連接。激光干涉儀測量頭放置在待測鏡上方。待測鏡放置在二維平移臺上。第一反射鏡和第二反射鏡分別貼著待測鏡兩個側面放置。激光源發(fā)射的光經過準直光學系統(tǒng)后經過第一分光鏡。第一分光鏡一面的中心對準準直光學系統(tǒng)，一面的中心對準第二分光鏡。第二分光鏡一面的中心對準第三分光鏡，一面的中心對準第一分光鏡，一面的中心對準第四分光鏡。第三分光鏡放在第一接收器和第二接收器之間。第一干涉測量系統(tǒng)一面對準第一接收器。第二干涉測量系統(tǒng)一面對準第二接收器，一面對準第二反射鏡。第四分光鏡一面的中心對準波長補償器，一面的中心對準第五分光鏡。第五分光鏡一面的中心對準第六分光鏡，一面對準第三接收器，一面對準第四接收器。第三接收器一面對準第三測量系統(tǒng)。第三測量系統(tǒng)一面對準第一反射鏡。第四接收器一面對準第四干涉測量系統(tǒng)。第四干涉測量系統(tǒng)一面對準第一反射鏡。第六分光鏡一面的中心對準第七分光鏡。第七分光鏡一面對準第五接收器。第五接收器一面對準第五干涉測量系統(tǒng)；計算機，用于控制激光干涉儀測量頭測試，將干涉儀測量數(shù)據(jù)進行分析，將第一接收器，第二接收器，第三接收器，第四接收器，第五接收器的測量數(shù)據(jù)讀入分析；激光干涉儀測量頭，用于測量待測鏡的待測面的面形信息；待測鏡含有待測面；二維平移臺用于控制待測鏡在x，y方向移動；第一反射鏡用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線；第二反射鏡用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線；激光源用于發(fā)射測量用激光；準直光學系統(tǒng)，用于準直激光源發(fā)出的激光；第一分光鏡用于將激光改變傳播方向；第二分光鏡用于將入射的激光分成兩束光出射；第三分光鏡用于將入射的激光分成兩束光出射；第一接收器，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第一干涉測量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第二接收器，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第二干涉測量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；波長補償器，用于補償由于溫度，濕度等環(huán)境變化引起激光波長的波動；第四分光鏡，用于將入射的兩束光合成一束光出射；第五分光鏡，用于將入射的一束光分成三束光；第三接收器，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第三干涉測量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第四接收器，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第四干涉測量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第六分光鏡，用于將入射光束改變光束傳播方向；第七分光鏡，用于將入射光束改變傳播方向；第五接收器，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第五干涉測量系統(tǒng)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移。為達成所述目的，本發(fā)明提供一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置的檢測方法，在子孔徑拼接過程中，利用五軸測長干涉儀，測出x，y，ex, ey方向在移動過程中產生的誤差，并代入到拼接算法中去，提高拼接精度；所述方法的檢測步驟如下步驟SI :將待測鏡固定在二維平移臺中，將待測面劃分為n個子孔徑，子孔徑的大小與激光干涉儀測量頭的通光口徑一致。首先待測面對準激光干涉儀測量頭中心，此時中·心點坐標定為(0，0)，定義此時為第一子孔徑。計算機控制激光干涉儀測量頭測量。測出此時的第一子孔徑的面形信息為B1, B1表示待測鏡在中心位置第一子孔徑時的面形信息。步驟S2 :用計算機控制二維平移臺沿X負方向移動r，r為激光干涉儀測量頭的通光口徑半徑。這時子孔徑圓心位置由(0，0)變?yōu)?r，0)。這時激光干涉儀測量頭中心對準待測鏡第二子孔徑圓心位置(r，O)。通過第一干涉測量系統(tǒng)、第二干涉測量系統(tǒng)、第三干涉測量系統(tǒng)、第四干涉測量系統(tǒng)、第五干涉測量系統(tǒng)和第一接收器、第二接收器、第三接收器、第四接收器、第五接收器組合使用來測出二維平移臺x，y方向的平移誤差x2，y2，x，y方向的傾斜誤差0x2，0y2，同時測出此時的第二子孔徑的面形信息為B2,82表示第二子孔徑時的面形信息。步驟S3 :用計算機控制二維平移臺移動，測量剩余的子孔徑B3，B4,…，Bn。得到剩余每個子孔徑對應的平移誤差和傾斜誤差結果x3，Y3, 9 x3，9 y3，…，xn，yn, 0 xn, 0 yn ；步驟S4 :根據(jù)記錄的平移誤差和傾斜誤差數(shù)據(jù)，利用誤差補償算法重新修正，將第一子孔徑B1,…第n子孔徑Bn拼接到一個面上去，求出待測面的全口徑面形B B=BfB2+…+Bn。本發(fā)明的有益效果在子孔徑拼接過程中，利用五軸測長干涉儀，測出x，y，ex, 0y方向在移動過程中產生的誤差，并代入到拼接算法中去，提高了拼接精度。


圖I為本發(fā)明裝置的結構示意圖；圖2為本發(fā)明不含五軸測量系統(tǒng)的結構示意圖；圖3為本發(fā)明光學面形的檢測方法過程流程圖；圖4為本發(fā)明使用子孔徑拼接檢測的待測面B ；圖5為本發(fā)明五軸干涉測量示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖I表示本發(fā)明裝置的結構示意圖，由計算機I、激光干涉儀測量頭2、待測鏡3、二維平移臺4、第一反射鏡5、第二反射鏡6、激光源7、準直光學系統(tǒng)8、第一分光鏡9、第二分光鏡10、第三分光鏡11、第一接收器12、第一干涉測量系統(tǒng)13、第二接收器14、第二干涉測量系統(tǒng)15、波長補償器16、第四分光鏡17、第五分光鏡18、第三接收器19、第三干涉測量系統(tǒng)20、第四接收器21、第四干涉測量系統(tǒng)22、第六分光鏡23、第七分光鏡24、第五接收器25、第五干涉測量系統(tǒng)26。其中計算機I與激光干涉儀測量頭2連接，同時計算機與第一接收器12，第二接收器14，第三接收器19，第四接收器21，第五接收器25連接。激光干涉儀測量頭2放置在待測鏡3上方。待測鏡3放置在二維平移臺4上。第一反射鏡5和第二反射鏡6分別貼著待測鏡3兩個側面放置。激光源7發(fā)射的光經過準直光學系統(tǒng)8后經過第一分光鏡9。第一分光鏡9 一面的中心對準準直光學系統(tǒng)8，一面的中心對準第二分光鏡10。第二分光鏡10 —面的中心對準第三分光鏡11，一面的中心對準第一分光鏡9，一面的中心對準第四分光鏡17。第三分光鏡11放在第一接收器12和第二接收器14之間。第一干涉測量系統(tǒng)13 —面對準第一接收器12。第二干涉測量系統(tǒng)15 —面對準第二接收器14，·一面對準第二反射鏡6。第四分光鏡17 —面的中心對準波長補償器16，一面的中心對準第五分光鏡18。第五分光鏡18 —面的中心對準第六分光鏡23, —面對準第三接收器19, 一面對準第四接收器21。第三接收器19 一面對準第三測量系統(tǒng)20。第三測量系統(tǒng)20—面對準第一反射鏡5。第四接收器21—面對準第四干涉測量系統(tǒng)22。第四干涉測量系統(tǒng)22 —面對準第一反射鏡5。第六分光鏡23—面的中心對準第七分光鏡24。第七分光鏡24—面對準第五接收器25。第五接收器25 —面對準第五干涉測量系統(tǒng)26。計算機1，用于控制激光干涉儀測量頭2測試，將千涉儀測量數(shù)據(jù)進行分析，將第一接收器12，第二接收器14，第三接收器19，第四接收器21，第五接收器25的測量數(shù)據(jù)讀入分析；激光干涉儀測量頭2，用于測量待測鏡的待測面的面形信息；待測鏡3 :含有待測面；二維平移臺4 :用于控制待測鏡在x，y方向移動；第一反射鏡5 :用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線；第二反射鏡6 :用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線；激光源7 :用于發(fā)射測量用激光；準直光學系統(tǒng)8，用于準直激光源發(fā)出的激光；第一分光鏡9 :用于將激光改變傳播方向；第二分光鏡10 :用于將入射的激光分成兩束光出射；第三分光鏡11 :用于將入射的激光分成兩束光出射；第一接收器12，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第一干涉測量系統(tǒng)13，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第二接收器14，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第二干涉測量系統(tǒng)15，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；波長補償器16，用于補償由于溫度，濕度等環(huán)境變化引起激光波長的波動；第四分光鏡17，用于將入射的兩束光合成一束光出射；第五分光鏡18,用于將入射的一束光分成三束光；第三接收器19，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第三干涉測量系統(tǒng)20，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第四接收器21，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第四干涉測量系統(tǒng)22，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；第六分光鏡(23),用于將入射光束改變光束傳播方向；第七分光鏡24,用于將入射光束改變傳播方向；第五接收器25，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量；第五干涉測量系統(tǒng)26，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移；在步驟SI時采用圖2所示的測量裝置，將待測鏡3固定在二維平移臺4中，將待測面劃分為n個子孔徑，子孔徑的大小與激光干涉儀測量頭2的通光口徑一致。首先待測面對準激光干涉儀測量頭2中心，此時中心點坐標定為(0，0)，定義此時為第一子孔徑。計算機I控制激光干涉儀測量頭2測量。測出此時的第一子孔徑的面形信息為B1, B1表示待測鏡在中心位置子孔徑時的面形信息。在步驟S2、S3時采用圖I所示的測量裝置，用計算機I控制二維平移臺4移動。通過第一干涉測量系統(tǒng)13、第二干涉測量系統(tǒng)15、第三干涉測量系統(tǒng)20、第四干涉測量系統(tǒng)22、第五干涉測量系統(tǒng)26和第一接收器12、第二接收器14、第三接收器19、第四接收器21、第五接收器25組合使用來測出二維平移臺4的x，y方向的平移誤差，x, y方向的傾斜誤差，同時測出此時的子孔徑的面形信息。 圖3示出本發(fā)明光學面形的檢測方法過程流程圖，所述子孔徑拼接算法中包含誤差補償算法，在子孔徑拼接過程中利用五軸測長干涉儀，測出x，y，ex, ey方向在移動過程中產生的誤差，并代入到拼接算法中去。子孔徑檢測過程中，待測面B由子孔徑拼接而成，如圖4所示，圖中1，2，3…表示的是第一子孔徑、第二子孔徑、第三子孔徑等。具體檢測步驟如下步驟SI :將待測鏡3固定在二維平移臺4中，將待測面劃分為n個子孔徑，子孔徑的大小與激光干涉儀測量頭2的通光口徑一致。首先待測面對準激光干涉儀測量頭2中心，此時中心點坐標定為(0，0)，定義此時為第一子孔徑。計算機I控制激光干涉儀測量頭2測量。測出此時的第一子孔徑的面形信息為B1, B1表示待測鏡在中心位置第一子孔徑時的面形信息。步驟S2 :用計算機I控制二維平移臺4沿X負方向移動r，r為激光干涉儀測量頭2的通光口徑半徑。這時子孔徑圓心位置由(0，0)變?yōu)?r，0)。這時激光干涉儀測量頭2中心對準待測鏡第二子孔徑圓心位置(r，O)。激光源7發(fā)出激光通過準直光學系統(tǒng)8，通過準直光學系統(tǒng)8的光再通過第一分光鏡9改變光束傳播方向。通過第一分光鏡9的光再通過第二分光鏡10分成兩束光。經過第二分光鏡10分光后的第一束光通過第三分光鏡11再分成兩束光。經過第三分光鏡11分光后的第一束光通過第一接收器12,經過第一接收器12的光再通過第一干涉測量系統(tǒng)13照射到第二反射鏡6上，反射后的光經第一干涉測量系統(tǒng)13后，再由第一接收器12接收。經過第三反射鏡11分光后的第二束光通過第二接收器14，經過第二接收器14的光再通過第二干涉測量系統(tǒng)15照射到第二反射鏡6上，反射后的光經第二干渉測量系統(tǒng)15后，再由第二接收器14接收。經過第二分光鏡10分光后的第二束光照射到第四分光鏡17上，波長補償器16發(fā)出的光與第二分光鏡10分光后的第二束光經過第四分光鏡17合光后照射到第五分光鏡18上。經過第五分光鏡18的光分成三束光。經過第五分光鏡18分光后的第一束光通過第四接收器21，經過第四接收器21的光再通過第四干涉測量系統(tǒng)22照射到第一反射鏡5上，反射后的光經過第四干涉測量系統(tǒng)22后，再由第四接收器21接收。經過第五分光鏡18分光后的第二束光通過第六分光鏡23改變光路，再經過第七分光鏡24改變光路，再經過第五接收器25。經過第五接收器25的光再通過第五干涉測量系統(tǒng)26照射到第一反射鏡5上，反射后的光經過第五干涉測量系統(tǒng)26后，再由第五接收器25接收。經過第五分光鏡18分光后的第三束光通過第三接收器19。經過第三接收器19的光再通過第三干涉測量系統(tǒng)20照射到第一反射鏡5上，反射后的光經過第三干涉測量系統(tǒng)20后，再由第三接收器19接收。第一干涉測量系統(tǒng)13、第二干涉測量系統(tǒng)15、第三干涉測量系統(tǒng)20、第四干涉測量系統(tǒng)22、第五干涉測量系統(tǒng)26和第一接收器12、第二接收器14、第三接收器19、第四接收器21、第五接收器25位置如圖5所示，組合使用來測出二維平移臺4的X, y方向的平移誤差x2, y2 ；x, y方向的傾斜誤差0 x2, 0 y2,同時測出此時的第二子孔徑的面形信息為B2，B2表示待測鏡在第二子孔徑時的面形信息。平移誤差和傾斜誤差如下所示
權利要求
1.一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于，包括 計算機(I)、激光干涉儀測量頭(2)、待測鏡(3)、二維平移臺(4)、第一反射鏡(5)、第二反射鏡(6)、激光源(7)、準直光學系統(tǒng)(8)、第一分光鏡(9)、第二分光鏡(10)、第三分光鏡(11)、第一接收器(12)、第一干涉測量系統(tǒng)(13)、第二接收器(14)、第二干涉測量系統(tǒng)(15)、波長補償器(16)、第四分光鏡(17)、第五分光鏡(18)、第三接收器(19)、第三干涉測量系統(tǒng)(20)、第四接收器(21)、第四干涉測量系統(tǒng)(22)、第六分光鏡(23)、第七分光鏡(24)、第五接收器(25)、第五干涉測量系統(tǒng)(26)，其中計算機(I)與激光干涉儀測量頭(2)連接，同時計算機(I)與第一接收器(12)，第二接收器(14)，第三接收器(19)，第四接收器(21)，第五接收器(25)連接，激光干涉儀測量頭(2)放置在待測鏡(3)上方，待測鏡(3)放置在二維平移臺(4)上，第一反射鏡(5)和第二反射鏡(6)分別貼著待測鏡(3)兩個側面放置，激光源(7)發(fā)射的光經過準直光學系統(tǒng)(8)后經過第一分光鏡(9),第一分光鏡(9) 一面的中心對準準直光學系統(tǒng)(8)，一面的中心對準第二分光鏡(10)，第二分光鏡(10)—面的中心對準第三分光鏡(11)，一面的中心對準第一分光鏡(9)，一面的中心對準第四分光鏡(17)，第三分光鏡(11)放在第一接收器(12)和第二接收器(14)之間，第一干涉測量系統(tǒng)(13)—面對準第一接收器(12)，第二干涉測量系統(tǒng)(15)—面對準第二接收器(14)，一面對準第二反射鏡(6)，第四分光鏡(17)—面的中心對準波長補償器(16)，一面的中心對準第五分光鏡(18),第五分光鏡(18) 一面的中心對準第六分光鏡(23), —面對準第三接收器(19)，一面對準第四接收器(21)，第三接收器(19) 一面對準第三測量系統(tǒng)(20)，第三測量系統(tǒng)(20)—面對準第一反射鏡(5)，第四接收器(21)—面對準第四干涉測量系統(tǒng)(22)，第四干涉測量系統(tǒng)(22)—面對準第一反射鏡(5)，第六分光鏡(23)—面的中心對準第七分光鏡(24)，第七分光鏡(24)—面對準第五接收器(25)，第五接收器(25)—面對準第五干涉測量系統(tǒng)(26)； 計算機(1)，用于控制激光干涉儀測量頭(2)測試，將干涉儀測量數(shù)據(jù)進行分析，將第一接收器(12)，第二接收器(14)，第三接收器(19)，第四接收器(21)，第五接收器(25)的測量數(shù)據(jù)讀入分析； 激光干涉儀測量頭(2)，用于測量待測鏡的待測面的面形信息； 待測鏡(3):含有待測面； 二維平移臺(4):用于控制待測鏡在x，y方向移動； 第一反射鏡(5):用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線； 第二反射鏡(6):用于反射干涉測量系統(tǒng)的光線； 激光源(7):用于發(fā)射測量用激光； 準直光學系統(tǒng)(8),用于準直激光源發(fā)出的激光； 第一分光鏡(9):用于將激光改變傳播方向； 第二分光鏡(10):用于將入射的激光分成兩束光出射； 第三分光鏡(11):用于將入射的激光分成兩束光出射； 第一接收器(12)，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量； 第一干涉測量系統(tǒng)(13)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移； 第二接收器(14)，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量； 第二干涉測量系統(tǒng)(15)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移； 波長補償器(16)，用于補償由于溫度，濕度的環(huán)境變化引起激光波長的波動； 第四分光鏡(17),用于將入射的兩束光合成一束光出射； 第五分光鏡(18),用于將入射的一束光分成三束光； 第三接收器(19)，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量； 第三干涉測量系統(tǒng)(20)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移； 第四接收器(21)，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量； 第四干涉測量系統(tǒng)(22 )，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移； 第六分光鏡(23),用于將入射光束改變光束傳播方向； 第七分光鏡(24),用于將入射光束改變傳播方向； 第五接收器(25)，用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，并將測量信號和參考信號轉換為位移量； 第五干涉測量系統(tǒng)(26)，利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移。
2.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述激光干涉儀測量頭(2)為包含參考面的斐索干涉測量系統(tǒng)或其他以干涉原理為基礎的測量系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述二維平移臺(4)用于控制待測鏡(3)在x，y方向做二維運動，完成對整個待測鏡的拼接測量，二維平移臺可以是直線導軌的組合，或者是其他有二維運動能力的機構，同時所述二維平移臺(4)也可以替代為多維平移臺。
4.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述待測鏡(3)可以是平面鏡，可以是球面鏡，也可以是非球面鏡。
5.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述第一反射鏡(5)，第二反射鏡(6)可以是反射鏡，可以是回射器或者其他反射光束的裝置。
6.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述第一分光鏡(9)、第六分光鏡(23)、第七分光鏡(24)用于改變光束的傳播方向，可以是反射鏡，棱鏡或者他們的組合。
7.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述第二分光鏡(10)、第三分光鏡(11)、第五分光鏡(18)為分束鏡,用于將一束光束分成多束光束，可以用棱鏡或者透鏡、或者它們的組合實現(xiàn)。
8.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述第一接收器(12)、第二接收器(14)、第三接收器(19)、第四接收器(21)、第五接收器(25)用于探測兩路光的頻率差并產生測量信號，通過電路將測量信號和參考信號轉換為位移量，并將位移量傳給計算機(I )。
9.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于所述第一干涉測量系統(tǒng)(13)、第二干涉測量系統(tǒng)(15)、第三干涉測量系統(tǒng)(20)、第四干涉測量系統(tǒng)(22)、第五干涉測量系統(tǒng)(26)利用雙頻激光干涉測長原理，測量對應方向的位移。激光源(7)可以采用縱向塞曼He-Ne激光器、橫向塞曼He-Ne激光器、雙縱模激光器和基于各種原理的移頻雙頻光源中的任意一種。
10.根據(jù)權利要求I所述一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，其特征在于通過所述第一干涉測量系統(tǒng)(13)、第二干涉測量系統(tǒng)(15)、第三干涉測量系統(tǒng)(20)、第四干涉測量系統(tǒng)(22)、第五干涉測量系統(tǒng)(26)和第一接收器(12)、第二接收器(14)、第三接收器(19)、第四接收器(21)、第五接收器(25)組合使用來測出二維平移臺(4) x，y方向的平移誤差，x，y方向的傾斜誤差，計算機把這4個誤差讀入后代入子孔徑拼接算法中進行誤差補償，所述算法的檢測步驟如下 步驟SI :將待測鏡(3)固定在二維平移臺(4)中，將待測面劃分為n個子孔徑，子孔徑的大小與激光干涉儀測量頭(2)的通光口徑一致；首先待測面對準激光干涉儀測量頭(2)中心，此時中心點坐標定為(0，0)，定義此時為第一子孔徑，計算機(I)控制激光干涉儀測量頭(2)測量，測出此時的第一子孔徑的面形信息為BnB1表示待測鏡在中心位置第一子孔徑時的面形信息； 步驟S2 :用計算機(I)控制二維平移臺(4)沿X負方向移動r，r為激光干涉儀測量頭(2)的通光口徑半徑，這時子孔徑圓心位置由(0，0)變?yōu)?r，0)，這時激光干涉儀測量頭(2)中心對準待測鏡第二子孔徑圓心位置(r，0)，通過第一干涉測量系統(tǒng)(13)、第二干涉測量系統(tǒng)(15)、第三干涉測量系統(tǒng)(20)、第四干涉測量系統(tǒng)(22)、第五干涉測量系統(tǒng)(26)和第一接收器(12)、第二接收器(14)、第三接收器(19)、第四接收器(21)、第五接收器(25)組合使用來測出二維平移臺(4) x，y方向的平移誤差x2，y2;x，y方向的傾斜誤差0 x2，0 y2，同時測出此時的第二子孔徑的面形信息為B2，B2表示待測鏡在第二子孔徑時的面形信息； 步驟S3 :用計算機(I)控制二維平移臺(4)移動，測量剩余的子孔徑B3，B4,…，Bn，得到剩余每個子孔徑對應的平移誤差和傾斜誤差結果x3，y3, 9 x3，0 y3，…，xn，yn, 0 xn, 0 yn ；步驟S4 :根據(jù)記錄的平移誤差和傾斜誤差數(shù)據(jù)，利用誤差補償算法重新修正，將第一子孔徑BI，...第n子孔徑Bn拼接到一個面上去，求出待測面的全口徑面形B B=B^B2+…+B11O
全文摘要
本發(fā)明是一種帶有運動坐標反饋的子孔徑拼接面形檢測裝置，將待測鏡放置在二維平移臺上，計算機控制二維平移臺使待測鏡在平面上進行二維運動，待測鏡兩個側面放置反射鏡，同時反射鏡對面放置測長干涉儀系統(tǒng)，測長干涉儀系統(tǒng)通過五路激光，測出待測鏡二維運動后的x，y方向的定位誤差和x，y方向的傾斜，測長干涉儀系統(tǒng)將測量數(shù)據(jù)反饋到計算機，利用子孔徑位置補償算法來將x，y方向的定位誤差和x，y方向的傾斜誤差帶入算法中去拼接計算。本發(fā)明在原有的子孔徑拼接算法基礎上，通過測量子孔徑拼接過程中的定位、傾斜誤差并帶入算法來提高測量精度。
文檔編號G01B11/24GK102788562SQ20121030417
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2012年8月24日
發(fā)明者徐富超, 謝偉民, 賈辛, 邢廷文 申請人:中國科學院光電技術研究所