【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于先进光学制造与检测领域，涉及一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测方法。
技术介绍
1、空间红外光学遥感器，尤其是红外相机多采用冷屏设计，即通过折反射式或折射式系统实现冷光阑匹配，抑制外杂散辐射。因此，空间红外光学遥感器大量使用了单晶硅、锗等红外透镜材料来完成低温下的红外光学系统二次成像，实现光学镜头冷光阑匹配和复消色差。随着国家红外光学遥感技术的发展，红外光学载荷呈现出高探测灵敏度、高性能、卫星组网等研制建设需求，对其红外光学载荷中的核心非球面透镜制造提出了更高的要求，因此面向大尺寸红外透镜的高效制造成为关键。
2、一般来说，在工程领域中最为典型的红外透镜为双面型设计，一面为非球面、另外一面为球面，不论是球面还是非球面，均要依次经历镜坯成型、非球面/球面面形铣磨、研磨、抛光和精抛光等主要工序；在这些制造工序中，所涉及的检测项目众多，包括非球面透镜的各基准面平面度、圆柱度、平行度等形位公差参数，非球面透镜的顶点曲率半径、非球面系数、光轴偏差及非球面/球面面形精度等几何、光学及面形参数，随着红外透镜尺寸越来越大，光学系统对加工指标的苛刻要求，衡量一块非球面透镜制造质量最为关键的指标主要是面形误差和光轴偏差。
3、在红外透镜加工及检测工艺链路中，根据加工阶段的不同，非球面面形误差的检测和光轴的检测是两个相对独立的检测环节，非球面面形误差检测一般采用了零位补偿检测法、计算全息检测法等常用检测方法，这些方法检测精度高，但需要投产配套补偿元件，且检测效率低，成本高，难以匹配红外透镜的快速制造需求；近
4、在现有的红外透镜制造工艺链路中，涉及大量且频繁的非球面面形精度检测和光轴偏差检测，这两个主要关键指标是相对独立、且采用不同的方法原理和测试仪器来进行测试和加工控制，效率较低，且由于非球面透镜面形误差和光轴偏差的耦合关系，常常引入新的测试误差给红外透镜加工带来隐患，影响最终的系统装调成像质量。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测方法，可以实现单晶硅、锗等常见大尺寸红外透镜面形误差和光轴偏差的同步复合高精度检测。
2、本专利技术解决技术的方案是：
3、一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测方法，包括：
4、根据待测红外透镜的设计参数，确定待测红外透镜的理论轮廓参数；根据待测红外透镜的理论轮廓参数制作透镜支撑工装；
5、将透镜支撑工装放置在工件载物台上；透镜支撑工装中心与工件载物台的中心对准；
6、将待测红外透镜放置在透镜支撑工装的上表面；待测红外透镜为柱体结构；待测红外透镜的轴向一端为球状凹槽结构；待测红外透镜的轴向另一端为球状凸起结构；待测红外透镜的球状凹槽结构向上、球状凸起结构向下放置；架设第二共聚焦传感器，对待测红外透镜进行对准；
7、下移第二共聚焦传感器，使第二共聚焦传感器对准待测红外透镜的底端；通过第二共聚焦传感器调整待测红外透镜的竖直度；
8、借助于工件载物台的电动二位倾斜和偏心调节功能，对凹非球面的倾斜和偏心进行自动调整，直至待测红外透镜的倾斜和偏心均优于1″/1μm时，停止调节；
9、架设第一共聚焦传感器；并将第一共聚焦传感器反馈的读数置0；
10、通过外部非接触式轮廓仪对测红外透镜顶部的球状凹槽结构离散点采样；待测红外透镜旋转测试过程中，第一共聚焦传感器自动记录当前待测红外透镜球状凸起结构最边缘位置处的同一环带下的相对失高值；
11、对待测红外透镜顶部的球状凹槽结构的面形进行拟合，获取球状凹槽结构的面形误差；
12、计算出当前面形误差中的慧差分量与球状凹槽结构光轴间的关系；
13、对球状凸起结构相对于球状凹槽结构的相对倾斜和偏心矢量进行叠加，得到待测红外透镜的光轴偏差；
14、根据球状凹槽结构的面形误差和待测红外透镜的光轴偏差，对待测红外透镜进行加工的工艺制导，完成待测红外透镜的加工。
15、在上述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，所述理论轮廓参数包括待测红外透镜的测试口径、非球面系数、高次非球面参数、元件轮廓形状和非球面顶点曲率半径。
16、在上述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，所述透镜支撑工装中心与工件载物台的中心对准的标准为：
17、透镜支撑工装中心与工件载物台的中心的偏心误差在0.02mm以内；并确保透镜支撑工装与工件载物台台面间无相对滑动，结实可靠。
18、在上述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，第二共聚焦传感器轴向水平对准待测红外透镜的侧壁；通过第二共聚焦传感器对待测红外透镜的圆柱侧壁进行偏心测试和调整，控制待测红外透镜的偏心误差优于0.01mm。
19、在上述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，通过第二共聚焦传感器调整待测红外透镜的竖直度的方法为：
20、控制工件载物台自动旋转；在旋转一圈的过程中，对倾斜的待测红外透镜进行角度调整，直至待测红外透镜底端面一圈到第二共聚焦传感器的距离差值不超过0.01mm时，完成待测红外透镜的竖直度调整。
21、在上述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，第一共聚焦传感器竖直向上设置；第一共聚焦传感器位于待测红外透镜的下方，且对准待测红外透镜球状凸起结构的边缘处。
22、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：所述理论轮廓参数包括待测红外透镜的测试口径、非球面系数、高次非球面参数、元件轮廓形状和非球面顶点曲率半径。
3.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：所述透镜支撑工装中心与工件载物台的中心对准的标准为：
4.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：第二共聚焦传感器轴向水平对准待测红外透镜的侧壁；通过第二共聚焦传感器对待测红外透镜的圆柱侧壁进行偏心测试和调整，控制待测红外透镜的偏心误差优于0.01mm。
5.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：通过第二共聚焦传感器调整待测红外透镜的竖直度的方法为：
6.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：第一共聚焦传感器竖直向上设置；第一共聚焦传感器位于待测红外透镜的下方，且对准待
7.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：离散点采样的方法为：
8.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：对球状凹槽结构面形进行拟合的方法为：
9.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：所述相对失高值即为球状凸起结构相对于球状凹槽结构的光轴偏差，以边缘最大等厚差的形式表示。
10.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：加工待测红外透镜的方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测方法，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：所述理论轮廓参数包括待测红外透镜的测试口径、非球面系数、高次非球面参数、元件轮廓形状和非球面顶点曲率半径。
3.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：所述透镜支撑工装中心与工件载物台的中心对准的标准为：
4.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：第二共聚焦传感器轴向水平对准待测红外透镜的侧壁；通过第二共聚焦传感器对待测红外透镜的圆柱侧壁进行偏心测试和调整，控制待测红外透镜的偏心误差优于0.01mm。
5.根据权利要求1所述的一种红外透镜面形及光轴误差高精度复合检测装置，其特征在于：通过第二共聚焦传感器调整待...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟晓辉，赵静，王国燕，梁慧龙，王聪，许瑞，程小权，张兆建，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：
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