一种旋转式球面干涉拼接测量装置及其调整方法技术领域
本发明公开一种大口径球面误差测量及方法，特别是一种旋转式球面干涉拼接测量装置及其调整方法，属于光学检测技术领域。
背景技术
随着科技和工业的发展，对大口径光学零件的精度要求越来越高。现有的大口径商用干涉仪价格昂贵，而且对检测环境要求较高，采用小孔径的干涉仪利用拼接方法可以降低成本。但其被测球面的安装调整较为困难，限制了此方法的发展。
针对大口径光学球面的干涉拼接测量，查阅国内外文献资料，都是采用高精度的移动和倾斜平台对被测件进行调整，成本较高，而且采用移动和倾斜来实现被测球面的旋转，有原理和操作上的误差。
发明内容
针对已有技术存在的不足，本发明提供一种旋转式球面干涉拼接测量装置及其调整方法。结合球面误差的拼接干涉测量装置及方法，设计了旋转式的被测球面的安装调整机构及其调整方法，实现对被测球面的快速、有效、精确调整，实现大口径光学球面的测量，而且节约成本。
利用拼接思想测量球面零件，采用小孔径的干涉仪每次测量被测球面的一部分，然后进行拼接检测。测量过程中被测球面不仅要进行旋转移动，还要使被测球面的球心与干涉仪产生的球面波的焦点重合，在被测球面旋转过程中被测球面的球心要与球面波焦点重合。
为了达到上述目的，本发明的构思是：被测件调整机构由七自由度的调整分量构成，先用两个水平移动自由度使被测球面的球心与调整台的旋转中心线重合，再使用两个水平移动自由度和一个竖直移动自由度使被测球面的球心与干涉仪产生的球面波焦点重合，可以确保被测球面在旋转过程中被测球面的球心与干涉仪产生的球面波焦点一直重合，进行稳定测量；两个旋转自由度，调整被测球面的被测量区域，确保被测球面每个部分都能测量；该调整机构及其调整方法最终实现球面零件的全口径检测。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种旋转式球面干涉拼接测量装置，包含计算机、干涉仪、气浮平台、被测球面、被测件调整机构，所述干涉仪和被测件调整机构安放在气浮平台上，所述被测球面安装在被测件调整机构上，所述计算机连接干涉仪，处理干涉仪采集的测量数据，获取被测球面的误差信息；所述被测件调整机构由七自由度调整机构构成，即五个直线移动平台，和两个转动平台，其中五个直线移动平台用于调整被测球面的位置，使干涉仪发出的球面波的焦点和被测球面的球心重合，两个转动平台用于被测球面的旋转，实现拼接测量。
一种旋转式球面干涉拼接测量装置的调整方法，用于对上述的旋转式球面干涉拼接测量装置进行调整测量，操作步骤如下：
1）根据被测球面的尺寸和干涉仪的参数，确定子孔径的数目和分布；
2）调整干涉仪：调整干涉仪至光源模式，计算机屏幕显示干涉仪的参考光斑；
3）调整被测球面位置：调整被测件调整机构中的竖直直线移动平台，使计算机屏幕显示反射光斑；调整被测件调整机构中的二自由度水平直线移动平台，在被测球面转动过程中，使反射光斑左右运动振幅越来越小，直至振幅为0，光斑不动；调整被测件调整机构中的剩余二自由度水平直线移动平台，使计算机屏幕中反射光斑和参考光斑重合，切换干涉仪至条纹模式，进行精确调整，直至产生清晰的直干涉条纹；
4）利用干涉仪获取被测球面的第一个子孔径，调整被测件调整机构的转动平台，获取其他子孔径的测量数据；
5）利用计算机对干涉仪采集的数据进行处理：利用泽尼克多项式对每个子孔径的测量数据拟合，进行去倾斜和去离焦处理，减小调整误差；利用误差均化拼接算法进行拼接，以干涉仪获取的第一个子孔径为基准子孔径，将所有子孔径的测量数据转换到基准子孔径坐标系之下，利用子孔径重叠部分的测量数据计算得到所有子孔径相对基准子孔径的定位误差，去除定位误差，获取被测球面的完整面形。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明旋转式球面干涉拼接测量装置及其调整方法能够方便、快速、精确、非接触无损伤地调整球面被测件，使其满足测量要求；采用拼接技术实现被测件的全口径检测，而且成本较低。
附图说明
图1是旋转式球面干涉拼接测量装置的整体结构示意图。
图2是干涉拼接测量装置调整方法流程图。
图3是被测球面子孔径分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例做进一步的说明。
如图1所示，一种旋转式球面干涉拼接测量装置，包含计算机1、干涉仪2、气浮平台3、被测球面4、被测件调整机构5，所述干涉仪2和被测件调整机构5安放在气浮平台3上，所述被测球面4安装在被测件调整机构5上，所述计算机1连接干涉仪2，处理干涉仪2采集的测量数据，获取被测球面4的误差信息；所述被测件调整机构5由七自由度调整机构构成，即五个直线移动平台，和两个转动平台，其中五个直线移动平台用于调整被测球面4的位置，使干涉仪2发出的球面波的焦点和被测球面4的球心重合，两个转动平台用于被测球面4的旋转，实现拼接测量。
所述计算机1上安装有测量数据处理软件。
所述干涉仪2是Zygo公司型号为GPIXP/D的干涉仪，640X480CCD图像采集，采用激光三维相移干涉法，激光发生器为氦-氖激光波长632.8nm，能产生一束标准平面波，平面测量精度达到λ/20。。
所述气浮平台3是用来安放干涉仪2和被测件调整机构5，减小测量过程中振动引起的误差。
如图2所示，一种旋转式球面干涉拼接测量装置的调整方法，用于对上述的旋转式球面干涉拼接测量装置进行调整测量，操作步骤如下：
1）根据被测球面4的尺寸和干涉仪2的参数，确定子孔径的数目和分布，如图3所示；
2）调整干涉仪2：调整干涉仪2至光源模式，计算机1屏幕显示干涉仪2的参考光斑；
3）调整被测球面4位置：调整被测件调整机构5中的竖直直线移动平台，使计算机1屏幕显示反射光斑；调整被测件调整机构5中的二自由度水平直线移动平台，在被测球面4转动过程中，使反射光斑左右运动振幅越来越小，直至振幅为0，光斑不动；调整被测件调整机构5中的剩余二自由度水平直线移动平台，使计算机1屏幕中反射光斑和参考光斑重合，切换干涉仪2至条纹模式，进行精确调整，直至产生清晰的直干涉条纹；
4）利用干涉仪2获取被测球面4的第一个子孔径，调整被测件调整机构5的转动平台，获取其他子孔径的测量数据；
5）利用计算机1对干涉仪2采集的数据进行处理：利用泽尼克多项式对每个子孔径的测量数据拟合，进行去倾斜和去离焦处理，减小调整误差；利用误差均化拼接算法进行拼接，以干涉仪2获取的第一个子孔径为基准子孔径，将所有子孔径的测量数据转换到基准子孔径坐标系之下，利用子孔径重叠部分的测量数据计算得到所有子孔径相对基准子孔径的定位误差，去除定位误差，获取被测球面的完整面形。