柱面面型检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柱面面型检测系统及方法，所述系统包括干涉仪、会聚的透射球面、计算全息元件、空间滤波器及待测柱面，所述干涉仪、会聚的透射球面和计算全息元件依次沿干涉仪光轴放置，所述空间滤波器和待测柱面依次离轴置于所述计算全息元件后。本发明专利技术结构简单，加工难度低，抗干扰能力强，计算全息元件的最小刻划间隔大，检测精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学仪器检测
，特别是涉及一种柱面面型非接触式检测系统及方法。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，柱面在科研领域和日常生活中扮演着越来越重要的角色。其中，柱面面型质量的高精度检测是柱面广泛应用的最关键技术之一，也是柱面高精度加工的基础。目前，检测柱面的方法有样板法、轮廓仪检测法、辅助平面法、光纤法、标准柱面法、计算全息法。样板法和轮廓仪检测法都属于接触式检测，容易划伤待测柱面，测量精度较低。辅助平面法不能检测柱面面型的非对称偏差，且辅助平面法和光纤法只对小相对孔径的柱面有效。标准柱面法需要标准柱面，其价格相当昂贵且很难加工。计算全息法中，采用平行光照射计算全息元件，其最小刻划间隔很小，加工精度难以保证。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种，能够对柱面进行非接触式测量，还能检测大相对孔径柱面，且不用标准柱面。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下:—种柱面面型检测系统，所述系统包括干涉仪、会聚的透射球面、计算全息元件、空间滤波器及待测柱面，所述干涉仪、会聚的透射球面和计算全息元件依次沿干涉仪光轴放置，所述空间滤波器和待测柱面依次离轴置于所述计算全息元件后，其中:所述干涉仪，用于生成平行光束、滤除像面干扰级次、接收并处理干涉图像，所述干涉图像为检测光和参考光形成的干涉图像，所述检测光为会聚光束透过计算全息元件衍射的衍射光经待测柱面表面反射，按原路返回再经计算全息图衍射的衍射光；所述会聚的透射球面，用于将部分平行光束调整为会聚光束，还用于反射部分平行光束作为参考光；所述计算全息元件，用于对会聚光束产生衍射，还用于对经待测柱面表面反射，并按原路返回的光束产生衍射；所述空间滤波器，用于滤除经计算全息元件衍射的光束交线面上的干扰杂散光。作为本专利技术的进一步改进，所述干涉仪内部设有针孔滤波器，用于过滤检测光和参考光。作为本专利技术的进一步改进，所述待测柱面相对于干涉仪光轴有倾斜和偏心，用于滤除干扰杂散光。作为本专利技术的进一步改进，所述待测柱面曲率半径r与有效孔径D相比所得值与所述会聚光束F数的比值Λ = _在0.55至0.9之间。相应地，一种柱面面型检测方法，所述方法包括以下步骤:S1、干涉仪生成平行光束；S2、生成检测光和参考光，将部分平行光束通过会聚的透射球面调整为会聚光束，通过计算全息元件进行衍射后，并通过空间滤波器滤除干扰杂散光后，经待测柱面表面反射，按原路返回再进行衍射，得到检测光；将部分平行光束通过会聚的透射球面进行反射得到参考光；S3、干涉仪接收检测光和参考光并进行干涉形成的干涉图像，根据干涉图像检测柱面面型。作为本专利技术的进一步改进，所述检测方法对待测柱面的检测采用非接触式检测。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤SI前还包括: 选取合适的会聚透射球面，使得待测柱面曲率半径r与有效孔径D相比所得值与所述会聚光束F数的比值^在0.55至0.9之间。与现有技术相比，本专利技术结构简单，加工难度低，抗干扰能力强，计算全息元件的最小刻划间隔大，检测精度高。采用会聚透射球面和计算全息元件结合，对柱面面型进行非接触式检测；采用会聚光束照射计算全息元件，计算全息元件的最小刻划间隔能取到最大值；通过对干涉图像进行分析，得出柱面面型偏差，能够高精度检测柱面面型；柱面相对干涉仪光轴有倾斜和偏心，能够有效滤除杂散光。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一优选实施方式中柱面面型检测系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中柱面面型检测系统在光学设计软件中模拟的结构图；图3为本专利技术实施例1中检测光波的残留波像差图；图4为本专利技术实施例1中会聚光束经计算全息元件衍射后在空间滤波器处分布情况示意图；图5为本专利技术实施例1中经柱面反射按原路返回的光束在空间滤波器处分布情况示意图；图6为本专利技术实施例1中像面上各级次光斑分布情况示意图；图7为本专利技术实施例1中检测光和参考光进行像面干涉后形成的干涉图像。具体实施例方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。参图1所示为本专利技术一实施方式中柱面面型检测系统的结构示意图，该检测系统包括干涉仪1、会聚的透射球面2、计算全息元件3、空间滤波器4及待测柱面5，干涉仪1、会聚的透射球面2和计算全息元件3依次沿干涉仪I光轴放置，空间滤波器4和待测柱面5依次离轴置于计算全息元件后。本实施方式中柱面面型检测系统的各元件具体功能如下:干涉仪I用于生成平行光束、滤除像面干扰级次、接收并处理干涉图像，干涉图像为检测光和参考光形成的干涉图像，检测光为会聚光束透过计算全息元件衍射的衍射光经待测柱面表面反射，按原路返回再经计算全息图衍射的衍射光。干涉仪内部设有针孔滤波器，用于过滤检测光和参考光；会聚的透射球面2用于将部分平行光束调整为会聚光束，还用于反射部分平行光束作为参考光；计算全息元件3用于对会聚光束产生衍射，还用于对经待测柱面表面反射，并按原路返回的光束产生衍射；空间滤波器4用于滤除经计算全息元件衍射的光束交线面上的干扰杂散光。待测柱面5相对于干涉仪I光轴有倾斜和偏心，调整柱面相对于光轴的倾斜角度和偏心值，可以使干扰杂散光与所需光束有效分离，便于滤波。计算全息元件3是根据全息术原理制成的衍射光学元件。计算全息元件在本专业领域中简称为CGH。CG H的显著优点是可以全面记录光波的振幅和相位，具有极大灵活性。利用会聚光束照射所述计算全息元件，计算全息元件的最小刻划间隔明显增大。其中，计算全息元件的最小刻划间隔变化规律为: /./1)待测柱面曲率半径r与有效孔径D相比所得值与会聚光束F数的比值^ ⑩在0.55至0.9之间时，计算全息元件的最小刻划间隔能取到最大值。根据上述规律，选择合适的会聚透射球面，可以使计算全息元件的最小刻划间隔达到或接近最大值。相应地，本专利技术中柱面面型检测方法包括以下步骤:S1、干涉仪I生成平行光束；S2、生成检测光和参考光，将部分平行光束通过会聚的透射球面2调整为会聚光束，通过计算全息元件3进行衍射后，并通过空间滤波器4滤除干扰杂散光后，经待测柱面5表面反射，按原路返回再进行衍射，得到检测光；将部分平行光束通过会聚的透射球面2进行反射得到参考光；S3、干涉仪I接收检测光和参考光并进行干涉形成的干涉图像，根据干涉图像检测柱面面型。形成干涉图像以后，对干涉图像进行分析，具体为:如果柱面面型无误差，则干涉图为等间距均匀分布的条纹；如果柱面面型有误差，则干涉图中条纹间距或者形状会发生变化。本专利技术采用会聚透射球面镜和计算全息元件结合，对柱面面型进行非接触式检测，抗干扰能力强且检测精度高。以下通过具体实施方式对本专利技术做进一步说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱面面型检测系统，其特征在于，所述系统包括干涉仪、会聚的透射球面、计算全息元件、空间滤波器及待测柱面，所述干涉仪、会聚的透射球面和计算全息元件依次沿干涉仪光轴放置，所述空间滤波器和待测柱面依次离轴置于所述计算全息元件后，其中：所述干涉仪，用于生成平行光束、滤除像面干扰级次、接收并处理干涉图像，所述干涉图像为检测光和参考光形成的干涉图像，所述检测光为会聚光束透过计算全息元件衍射的衍射光经待测柱面表面反射，按原路返回再经计算全息图衍射的衍射光；所述会聚的透射球面，用于将部分平行光束调整为会聚光束，还用于反射部分平行光束作为参考光；所述计算全息元件，用于对会聚光束产生衍射，还用于对经待测柱面表面反射，并按原路返回的光束产生衍射；所述空间滤波器，用于滤除经计算全息元件衍射的光束交线面上的干扰杂散光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭培基，王玮，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：