本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種球面面形旋轉(zhuǎn)平移絕對檢測方法，利用被測球面旋轉(zhuǎn)和平移的測量數(shù)據(jù)，采用基于Zernike多項(xiàng)式擬合的旋轉(zhuǎn)平移算法，構(gòu)建關(guān)于被測球面和參考面Zernike多項(xiàng)式系數(shù)的方程組，運(yùn)用最小二乘法解得Zernike多項(xiàng)式的各項(xiàng)系數(shù)，從而獲得被測球面和參考面的絕對面形，本方法把大數(shù)值孔徑球面移相檢測中存在的調(diào)整誤差作為獨(dú)立誤差項(xiàng)，并把調(diào)整誤差放入絕對檢測過程中連同干涉儀系統(tǒng)誤差一起在測試波面數(shù)據(jù)中去除，提高了運(yùn)算精度，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于精密光學(xué)測量領(lǐng)域，特別涉及的是一種球面絕對檢測方法。
技術(shù)介紹
隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，球面光學(xué)元件加工精度越來越高，對檢測精度的要求 也越來越高，旋轉(zhuǎn)平移絕對檢測技術(shù)可以有效地提高檢測精度，獲得更準(zhǔn)確的面形信息。 目前，球面的絕對檢測方法主要有兩球面法和小球平均法，平面的絕對檢測主要 是三平板方法和它的延伸。三平板方法需要三塊平板，并且其中一塊平板需要翻面，在立式 工況下的檢測中重力影響的因素?zé)o法消除。球面絕對檢測的兩球面方法中，貓眼中心位置 的確定偏差會導(dǎo)致四葉誤差和球差；用小球平均方法檢測曲率半徑較大的參考面時(shí)誤差比 較大。旋轉(zhuǎn)平移方法可以檢測任意曲率半徑的參考面，只需要加工一個曲率半徑和它相匹 配的被側(cè)面就可以了。另外一種類似的方法一平移剪切絕對檢測在實(shí)際操作的過程中因 為平移機(jī)構(gòu)不可能完全理想而導(dǎo)致產(chǎn)生較大的二次項(xiàng)誤差，包括像散和離焦。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供，把大數(shù)值孔徑球面 移相檢測中存在的調(diào)整誤差作為獨(dú)立誤差項(xiàng)，并把調(diào)整誤差放入絕對檢測過程中連同干涉 儀系統(tǒng)誤差一起在測試波面數(shù)據(jù)中去除。。 實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為：，延光 軸依次擺放干涉儀、參考鏡和待測鏡，步驟如下： 定義調(diào)整誤差Wmis 其中，c表示調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)， 步驟1 :利用干涉儀測量得到數(shù)值孔徑為NA的待測鏡的球面的一組原始面形數(shù)據(jù) W1 ： 其中I表示參考面的面形誤差，Wftlis表示原始面型調(diào)整誤差，％為每項(xiàng)的澤尼克 系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)，K為澤尼克擬合的項(xiàng)數(shù)； 步驟2 :延X方向平移待測鏡的球面，并用干涉儀測得面形數(shù)據(jù)W2 : 其中，Wms表示延X方向平移待測鏡的球面后的調(diào)整誤差，cx表示延X方向平移待 測鏡的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)； 步驟3 :延y方向，即垂直光軸方向平移待測鏡的球面，并用干涉儀測量面形數(shù)據(jù) W3 = 其中，WYmis表示延y方向平移待測鏡的球面后的調(diào)整誤差，cY表示延y方向平移待 測鏡的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)； 步驟4 :以光軸為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)待測鏡的球面，并用干涉儀測得面形數(shù)據(jù)W4 : 其中，Θ為旋轉(zhuǎn)角度，Wsmis表示延光軸旋轉(zhuǎn)待測鏡的球面后的調(diào)整誤差，cK表示延 光軸旋轉(zhuǎn)待測鏡的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)； 步驟5 :在上述四步中，每步都有參考面面形數(shù)據(jù)WpffiW2-W1 J3-W1J4-W1得： 上述方程組可以表達(dá)為：GX=R 其中： 步驟6 :解方程得到X，繼而得到a5~aK ;最后得到待測面形 本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：1.本專利技術(shù)提出的球面面形旋轉(zhuǎn)平移絕對檢 測方法基于Zernike多項(xiàng)式擬合，原理清晰，方法簡單有效；2.本專利技術(shù)提出的球面面形旋轉(zhuǎn) 平移絕對檢測方法把大數(shù)值孔徑球面移相檢測中存在的調(diào)整誤差作為獨(dú)立誤差項(xiàng)，并把調(diào) 整誤差放入絕對檢測過程中連同干涉儀系統(tǒng)誤差一起在測試波面數(shù)據(jù)中去除，有效地提高 了檢測精度，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)中被測球面為凹面鏡時(shí)的檢測結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本專利技術(shù)中待測鏡的球面的原始位置檢測示意圖。 圖3為本專利技術(shù)中待測鏡的球面延X方向位移后的檢測示意圖。 圖4為本專利技術(shù)中待測鏡的球面延y方向位移后的檢測示意圖。 圖5為本專利技術(shù)中待測鏡的球面旋轉(zhuǎn)一定角度后的檢測示意圖。 圖6為經(jīng)過四次面型檢測后解算出來的待測鏡的球面面型。 圖7為本專利技術(shù)的方法流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】 下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 結(jié)合圖1，，延光軸依次擺放干涉儀1、參考 鏡2和待測鏡3,其中干涉儀1包括氦氖激光器、顯微物鏡、空間濾波器、分光板、準(zhǔn)直物鏡。 如圖2所示為參考鏡和待測鏡在水平和堅(jiān)直方向重合，兩球面處于共心位置。 如圖3、4所示待測鏡3的球面在圖2位置上進(jìn)行了水平、堅(jiān)直位移并計(jì)算其面形 數(shù)據(jù)。 如圖5所示待測鏡3的球面繞光軸旋轉(zhuǎn)一定角度后，待測鏡3的球面與參考面依 然保持共心位置。 本方法對原始位置、水平位移后位置、堅(jiān)直位移后位置和旋轉(zhuǎn)后位置進(jìn)行四次面 形測量，利用后面三次面形數(shù)據(jù)減去原始面形數(shù)據(jù)解算出最終的面型數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)提出的 球面面形旋轉(zhuǎn)平移絕對檢測方法把大數(shù)值孔徑球面移相檢測中存在的調(diào)整誤差作為獨(dú)立 誤差項(xiàng)，并把調(diào)整誤差放入絕對檢測過程中連同干涉儀系統(tǒng)誤差一起在測試波面數(shù)據(jù)中去 除。有效地提高了檢測精度，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其方法的檢測步驟如下： 結(jié)合圖7, ，延光軸依次擺放干涉儀1、參考 鏡2和待測鏡3,步驟如下： 定義調(diào)整誤差Wmis 其中，c表示調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)，例如〇 2_3表 示第二項(xiàng)澤尼克多項(xiàng)式的三次方系數(shù)。 步驟1 :利用干涉儀1測量得到數(shù)值孔徑為NA的待測鏡3的球面的一組原始面形 數(shù)據(jù)W1 : 其中I表示參考面的面形誤差，Wailis表示原始面型調(diào)整誤差，％為每項(xiàng)的澤尼克 系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)，K為澤尼克擬合的項(xiàng)數(shù)； 步驟2 :延X方向平移待測鏡3的球當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種球面面形旋轉(zhuǎn)平移絕對檢測方法，延光軸依次擺放干涉儀（1）、參考鏡（2）和待測鏡（3），其特征在于，步驟如下：定義調(diào)整誤差WmisWmis=(c2-1Z2+c2-2Z22+c2-3Z23)+(c3-1Z3+c3-2Z32+c3-3Z33)+(c4Z4+c8Z8+c15Z15+c24Z24+c35Z35+c48Z48)]]>其中，c表示調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)；步驟1：利用干涉儀（1）測量得到數(shù)值孔徑為NA的待測鏡（3）的球面的一組原始面形數(shù)據(jù)W1：W1=Wr+Σi=5KaiZi(x,y)+WOmis=Wr+Σi=5KaiZi(x,y)+(cO2-1Z2+cO2-2Z22+cO2-3Z23)+(cO3-1Z3+cO3-2Z32+cO3-3Z33)+(cO4Z4+cO8Z8+cO15Z15+cO24Z24+cO35Z35+cO48Z48)]]>其中Wr表示參考面的面形誤差，WOmis表示原始面型調(diào)整誤差，ai為每項(xiàng)的澤尼克系數(shù)，Zi為對應(yīng)的澤尼克項(xiàng)，K為澤尼克擬合的項(xiàng)數(shù)；步驟2：延x方向平移待測鏡（3）的球面，并用干涉儀（1）測得面形數(shù)據(jù)W2：W2=Wr+Σi=5KaiZi(x+Δx,y)+WXmis=Wr+Σi=5KaiZi(x+Δx,y)+(cX2-1Z2+cX2-2Z22+cX2-3Z23)+(cX3-1Z3+cX3-2Z32+cX3-3Z33)+(cX4Z4+cX8Z8+cX15Z15+cX24Z24+cX35Z35+cX48Z48)]]>其中，WXmis表示延x方向平移待測鏡（3）的球面后的調(diào)整誤差，cX表示延x方向平移待測鏡（3）的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)；步驟3：延y方向，即垂直光軸方向平移待測鏡（3）的球面，并用干涉儀（1）測量面形數(shù)據(jù)W3：W3=Wr+Σi=5KaiZi(x,y+Δy)+WYmis=Wr+Σi=5KaiZi(x,y+Δy)+(cY2-1Z2+cY2-2Z22+cY2-3Z23)+(cY3-1Z3+cY3-2Z32+cY3-3Z33)+(cY4Z4+cY8Z8+cY15Z15+cY24Z24+cY35Z35+cY48Z48)]]>其中，WYmis表示延y方向平移待測鏡（3）的球面后的調(diào)整誤差，cY表示延y方向平移待測鏡（3）的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)；步驟4：以光軸為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)待測鏡（3）的球面，并用干涉儀（1）測得面形數(shù)據(jù)W4：W4=Wr+Σi=5KaiZi(r,θ+Δθ)+WRmis=Wr+Σi=5KaiZi(r,θ+Δθ)+(cR2-1Z2+cR2-2Z22+cR2-3Z23)+(cR3-1Z3+cR3-2Z32+cR3-3Z33)+(cR4Z4+cR8Z8+cR15Z15+cR24Z24+cR35Z35+cR48Z48)]]>其中，θ為旋轉(zhuǎn)角度，WRmis表示延光軸旋轉(zhuǎn)待測鏡（3）的球面后的調(diào)整誤差，cR表示延光軸旋轉(zhuǎn)待測鏡（3）的球面后調(diào)整誤差項(xiàng)中的澤尼克項(xiàng)的系數(shù)；步驟5：在上述四步中，每步都有參考面面形數(shù)據(jù)Wr，用W2?W1、W3?W1、W4?W1得：DxW=Σi=5KaiΔZix+(cDX2-1Z2+cDX2-2Z22+cDX2-3Z23)+(cDX3-1Z3+cDX3-2Z32+cDX3-3Z33)+(cDX4Z4+cDX8Z8+cDX15Z15+cDX24Z24+cDX35Z35+cDX48Z48)]]>DyW=Σi=5KaiΔZiy+(cDY2-1Z2+cDY2-2Z22+cDY2-3Z23)+(cDY3-1Z3+cDY3-2Z32+cDY3-3Z33)+(cDY4Z4+cDY8Z8+cDY15Z15+cDY24Z24+cDY35Z35+cDY48Z48)]]>DrW=Σi=5KaiΔZi+(cDR2-1Z2+cDR2-2Z22+cDR2-3Z23)+(cDR3-1Z3+cDR3-2Z32+cDR3-3Z33)+(cDR4Z4+cDR8Z8+cDR15Z15+cDR24Z24+cDR35Z35+cDR48Z48)]]>上述方程組可以表達(dá)為：GX=R其中：G=ΔZ1x(1,1)ΔZ2x(1,1)...ΔZKx(1,1)Z2(1,1)Z22(1,1)...Z48(1,1)00...000...0ΔZ1x(1,2)ΔZ2x(1,2)...ΔZKx(1,2)Z2(1,2)Z22(1,...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高志山，史琪琪，楊忠明，李閩玨，王新星，田雪，王帥，成金龍，
申請(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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