一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其包括：一個(gè)激光器、兩個(gè)擴(kuò)束系統(tǒng)、一個(gè)縮束系統(tǒng)、一塊分光鏡、一個(gè)轉(zhuǎn)換透鏡、兩塊光學(xué)平板、四個(gè)楔角很小的圓形光楔、一個(gè)高帶寬聲光偏轉(zhuǎn)器、兩個(gè)空間濾波器、兩塊反射鏡、一個(gè)射頻功率放大器、一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器(DDS)、一個(gè)CCD和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在該裝置中，DDS和CCD均與計(jì)算機(jī)連接，并由計(jì)算機(jī)控制。本實(shí)用新型通過計(jì)算機(jī)程序調(diào)節(jié)DDS頻率控制字使干涉條紋高速變頻，并采用多頻時(shí)間序列相位解包裹方法進(jìn)行條紋圖處理；其條紋變頻的速度達(dá)到幾十納秒／幀，因此可實(shí)現(xiàn)非球面光學(xué)模具的面形在機(jī)檢測(cè)。
【專利說明】
一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置【

【技術(shù)領(lǐng)域】
】
[0001]本實(shí)用新型是一種基于光學(xué)干涉技術(shù)的三維測(cè)量裝置，特別是涉及一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前各類鏡頭已朝短、小、輕、薄和高像質(zhì)方向發(fā)展，而非球面透鏡的使用成為推動(dòng)這一趨勢(shì)發(fā)展的主導(dǎo)力量。塑膠非球面透鏡(口徑在100_以下)的批量制造主要采用精密注塑成型技術(shù)，而玻璃非球面透鏡(口徑在50_以下)的批量制造主要采用熱模壓成型技術(shù)，這兩類非球面透鏡的制造都依賴超精密模具的加工，而模具的加工精度和效率便是制約非球面鏡片生產(chǎn)的一個(gè)技術(shù)瓶頸。如何提高模具的加工精度和效率，其中一個(gè)重要的前提就是擁有高效率、高精度的在機(jī)面形檢測(cè)手段。透鏡模具一般要求面形加工精度在亞微米量級(jí)，甚至納米量級(jí)，這就要求面形的測(cè)量精度更高；同時(shí)由于在現(xiàn)場(chǎng)制造中經(jīng)常加工大量尺寸和形狀不同的非球面模具，這就需要一種靈活快速的測(cè)量系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)多種類型模具面形的測(cè)量，其測(cè)量的靈活性和測(cè)量速度應(yīng)能滿足在機(jī)測(cè)量的要求；由于是高精度測(cè)量，必然會(huì)受到振動(dòng)噪聲的影響，實(shí)際測(cè)量中低頻振動(dòng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻振動(dòng)，在機(jī)測(cè)量要求測(cè)量系統(tǒng)對(duì)一般的低頻振動(dòng)不敏感。在透鏡模具的超精密加工過程中，要達(dá)到熱模壓或注塑成型所要求的面形精度，需要進(jìn)行多次補(bǔ)償加工，而補(bǔ)償量的獲取需要通過滿足上述條件的在機(jī)測(cè)量裝置來實(shí)現(xiàn)，因此，優(yōu)秀的在機(jī)面形測(cè)量方法將是完成超精密模具加工和透鏡成型的關(guān)鍵所在。接觸式二維在機(jī)測(cè)量方法越來越滯后于模具加工的需求，研究高效率、高精度的三維在機(jī)測(cè)量方法已是業(yè)內(nèi)急需。
[0003]在先技術(shù)之一(參見論文“On-Machine Measurement of Aspherical SurfaceProfile 非球面表面輪廓在機(jī)測(cè)量”,作者:Arai Yoshikazu, Gao Wei, Shimizu Hiroki,Kiyono Satoshi and Kuriyagawa Tsunemoto,雜志名:Nanotechnology and Precis1nEngineering, 2 (3)，210-216頁(yè)，2004年)采用接觸式探針測(cè)量出非球面模具表面各點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，這種測(cè)量方法雖然原理簡(jiǎn)單，但測(cè)量效率低，在進(jìn)行測(cè)量前期，需預(yù)先尋找中心頂點(diǎn)，以頂點(diǎn)為參考點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的速度和精度與確認(rèn)頂點(diǎn)的誤差有很大關(guān)系，而且探針在使用一段時(shí)間后，測(cè)頭的磨損導(dǎo)致測(cè)量誤差偏大，需更換測(cè)頭；這種方法只能測(cè)量模具的二維截面輪廓，無(wú)法得到三維信息，很難用于非回轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面模具的在機(jī)測(cè)量；同時(shí)，接觸法在測(cè)量不同材質(zhì)的模具方面，測(cè)頭容易劃傷模具表面或被模具表面劃傷。這些缺點(diǎn)都嚴(yán)重制約著接觸式方法在模具在機(jī)測(cè)量方面的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0004]在先技術(shù)之二(參見書籍“自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù)”，作者:李榮彬，杜雪，張志輝，香港理工大學(xué)工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系先進(jìn)光學(xué)制造中心出版，2005年)利用原子間相互排斥力原理開發(fā)出原子力測(cè)量技術(shù)，并用于非球面透鏡模具的面形測(cè)量。這種方法在本質(zhì)上也屬于接觸式測(cè)量，只是測(cè)頭接觸力非常小，可在模具表面進(jìn)行往復(fù)式移動(dòng)獲取三維信息，不過在測(cè)量較大模具三維面形時(shí)效率依然很低；其缺點(diǎn)類似掃描探針法，如測(cè)頭引起的誤差，測(cè)量前需尋找中心頂點(diǎn)，等等；再者，其價(jià)格非常昂貴。目前此測(cè)量系統(tǒng)僅限于尚機(jī)測(cè)量。
[0005]在先技術(shù)之三(參見論文uThe3Dmeasurement and analysis of asphericsurfaces 非球面的三維測(cè)量與分析”，作者:McBride，J.W.,NPL Engineering MeasurementAwareness Network Meeting:High Accuracy Freeform Measurement of Optical andOrthopaedic Surfaces， Loughborough， UK, pp.39,2009 ；論文,Testing AsphericSurfaces:Simple Method With a Circular Stop非球面測(cè)試:簡(jiǎn)單圓形光闌法”，作者:Andrianto Handojo and Hans J.Frankena，期刊:Applied Optics，37 (25)，5969-5973，1998 年；論文“Null Hartmann test for the fabricat1n process of large asphericsurfaces大型非球面制造中的零哈特曼檢測(cè)法”，作者:Ho_Soon Yang, Yun-Woo Lee，Jae-Bong Song，and In-Won Lee，期刊:0pt.Express，13 (6)，1839-1847，2005 年)主要米用非干涉方法對(duì)大型非球面鏡進(jìn)行離機(jī)測(cè)量，測(cè)量精度不高，不適合非球面光學(xué)鏡片模具的在機(jī)測(cè)量。
[0006]在先技術(shù)之四(參見論文:“ComputerGenerated Hologram:Null Lens Test ofAspheric Wavefronts計(jì)算全息:非球面波面的零透鏡測(cè)試”，作者:J C Wyant and P KO’Neill，期刊:Appl.0pt，13(12)，2762-2765，1974 年；及論文“Dynamic null lens foraspheric testing using a membrane mirror米用薄膜鏡制作動(dòng)態(tài)零透鏡實(shí)現(xiàn)非球面檢測(cè)”，作者；C.Pruss，H.J.Tiziani，期刊:Optics Communicat1ns, 233 (1-3)，15-19，2004年；及論文“利用曲面計(jì)算全息圖進(jìn)行非球面檢測(cè)”，作者:盧振武，劉華，李鳳有，期刊:光學(xué)精密工程，12 (6)，555-559，2004年)釆用零補(bǔ)償透鏡和計(jì)算全息干涉法實(shí)現(xiàn)非球面的測(cè)量，盡管補(bǔ)償干涉法測(cè)量精度很高，能滿足模具加工的面形檢測(cè)要求，但補(bǔ)償干涉法都需要根據(jù)所測(cè)量的非球面特點(diǎn)制作相應(yīng)的零透鏡、薄膜鏡片或計(jì)算全息圖，這大大降低了測(cè)量的靈活性，而且極小口徑或高精度的計(jì)算全息圖制作非常困難，代價(jià)很高。在加工不同類型非球面的透鏡模具時(shí)，補(bǔ)償干涉法的測(cè)量方案需變更、重新設(shè)計(jì)和制作，這樣效率太低，無(wú)法用于在機(jī)測(cè)量。
[0007]在先技術(shù)之五(參見論文:“AutomatedInterferometric System forAspheric Surface Testing 非球面測(cè)試的自動(dòng)干涉系統(tǒng)”，作者:T.Kanou，Proc.SPIE，680，ρ.71，1986 ;及論文“Lateral-shearing interferometer using square prismsfor optical testing of aspheric lenses米用四方棱鏡剪切干涉儀進(jìn)行非球面透鏡測(cè)量”，作者:Seung-Woo Kim, Woo-Jong Cho and Byoung-Chang Kim,期刊:Meas.Sc1.Technol.，9，1129-1136，1998 年；及論文:“System optimizat1n of radialshearing interferometer for asphe ric testing徑向剪切干涉儀進(jìn)行非球面測(cè)試的系統(tǒng)優(yōu)化”，作者:Dong Liu, Yongying Yang and Yibing Shen，Junmiao Weng，YongmoZhuo，Proc.SPIE，6834，68340U，2008 年；及論文 “Aspheric surface testing by aphase-shiftingshearing interferometer相移剪切干涉儀進(jìn)行非球面測(cè)試”，作者:GaoHong, Xin Qiming， Huang Kaixiang and Parks Robert E.，期干丨 J !Advanced OpticalManufacturing and Testing IV of SPIE，145-149，1994 年)介紹了剪切干涉技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)非球面的測(cè)量。剪切干涉技術(shù)不需標(biāo)準(zhǔn)參考面，可通過調(diào)節(jié)剪切量在一定程度上滿足不同類型非球面的面形測(cè)量，靈活性很強(qiáng)，已成為非球面測(cè)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但目前的研究局限于利用剪切干涉儀進(jìn)行非球面的離機(jī)測(cè)量，將其用于非球面模具的在機(jī)測(cè)量還存在如下問題:1、測(cè)量精度偏低，將其用于在機(jī)測(cè)量時(shí)還需考慮更多的誤差因素，如機(jī)床本身的振動(dòng)、氣壓不穩(wěn)和機(jī)床油路引起的振動(dòng)、地基振動(dòng)等等，其測(cè)量精度無(wú)法滿足模具加工的要求；2、目前的剪切干涉技術(shù)測(cè)量效率低，即無(wú)法在機(jī)實(shí)現(xiàn)不同口徑、不同面形、不同非球面度的非球面模具檢測(cè)；3、目前剪切干涉以橫向剪切為主，但橫向剪切所獲得的干涉圖并不能反映被測(cè)模具的全部面形，要恢復(fù)全部面形還需要先后采集相互正交的兩組干涉圖，這會(huì)大大影響在機(jī)測(cè)量的效率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出一種用于非球面光學(xué)模具面形在機(jī)測(cè)量的新裝置。
[0009]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是:提供一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其包括一激光器，其特征在于:沿激光器產(chǎn)生激光的水平前進(jìn)方向依序設(shè)置光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)、分光鏡、聚焦轉(zhuǎn)換透鏡、被測(cè)非球面模具；所述激光再次經(jīng)過分光鏡反射后形成第一垂直光路，在該垂直光路放置第一光學(xué)平板，激光通過第一光學(xué)平板后形成兩條水平光路，在下面光路a中沿激光前進(jìn)方向依序設(shè)置第一光楔、第二光楔；在上面光路b中沿激光前進(jìn)方向先后放置第三光楔、第四光楔；在光楔和光楔后放置一高帶寬聲光偏轉(zhuǎn)器，光路a與光路b均通過聲光偏轉(zhuǎn)器，聲光偏轉(zhuǎn)器與射頻功率放大器連接，射頻功率放大器與直接數(shù)字頻率合成器DDS相連，而DDS與計(jì)算機(jī)相連，并由計(jì)算機(jī)控制；分別在光路a和b中，位于聲光偏轉(zhuǎn)器之后，根據(jù)光線出射角度放置空間濾波器和反射鏡，在反射鏡之后a光路中放置擴(kuò)束系統(tǒng)，在b光路中放置縮束系統(tǒng)，在擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)后再放置第二光學(xué)平板；光路a與b通過第二光學(xué)平板后形成第二垂直光路，在該垂直光路沿激光前進(jìn)方向放置(XD，CXD與計(jì)算機(jī)相連。
[0010]優(yōu)選地，該擴(kuò)束系統(tǒng)和縮束系統(tǒng)由完全相同的透鏡組成，保證由此引起的光路a與光路b的光程差相同，其光束口徑可微調(diào)。
[0011 ] 優(yōu)選地,該第一光學(xué)平板和第二光學(xué)平板為大小相等的長(zhǎng)方體，前后面拋光，材料均為K9玻璃，兩平板中心距離為平板厚度的6-8倍。
[0012]優(yōu)選地,該第一光楔、第二光楔，第三光楔和第四光楔為尺寸和材料完全相同的圓形光楔，第一光楔光楔、第二光楔同軸放置在a光路中，無(wú)楔角面相對(duì)放置并留有極小縫隙，采用電動(dòng)裝置使它們同步同向/反向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；以同樣方式把第三光楔、第四光楔放置在b光路中，操作時(shí)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第一光楔與第二光楔形成一個(gè)光楔對(duì)，同樣，第三光楔與第四光楔也形成一個(gè)光楔對(duì)，作用是精密調(diào)節(jié)光束到聲光偏轉(zhuǎn)器的布拉格衍射角位置。
[0013]優(yōu)選地，該聲光偏轉(zhuǎn)器可調(diào)制多種波長(zhǎng)的激光，其帶寬至少為40MHz，衍射效率大于 60% ；
[0014]優(yōu)選地，該直接數(shù)字頻率合成器的頻率調(diào)節(jié)范圍大于40MHz。
[0015]本實(shí)用新型用于非球面光學(xué)模具面形在機(jī)測(cè)量的新裝置通過計(jì)算機(jī)程序調(diào)節(jié)DDS頻率控制字使干涉條紋高速變頻，并采用多頻時(shí)間序列相位解包裹方法進(jìn)行條紋圖處理；其條紋變頻的速度達(dá)到幾十納秒/幀，因此可實(shí)現(xiàn)非球面光學(xué)模具的面形在機(jī)檢測(cè)。本實(shí)用新型將徑向剪切干涉與條紋變頻技術(shù)相結(jié)合，可在機(jī)快速測(cè)量多種口徑的非球面光學(xué)模具，并對(duì)平面和球面同樣適用，抗機(jī)床振動(dòng)能力較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)加工過程中的在機(jī)測(cè)量，且其時(shí)間序列的條紋變頻功能對(duì)測(cè)量含有加工缺陷的模具表面非常有效。故本實(shí)用新型用于非球面光學(xué)模具面形在機(jī)測(cè)量的新裝置可安裝在機(jī)床上進(jìn)行非球面模具加工的在機(jī)檢測(cè)，利用在時(shí)間序列上高速變頻條紋提取相位進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模具面形三維測(cè)量，其對(duì)具有加工缺陷等不連續(xù)區(qū)域的非球面模具測(cè)量十分有效。該裝置采用等光程結(jié)構(gòu)，抗振動(dòng)、噪聲能力強(qiáng)，適合不同口徑的各種面形(包括非球面、球面和平面等)的測(cè)量。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0016]圖1為本實(shí)用新型用于非球面光學(xué)模具面形在機(jī)測(cè)量的新裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。【【具體實(shí)施方式】】
[0017]請(qǐng)參見圖1，本實(shí)用新型用于非球面光學(xué)模具面形在機(jī)測(cè)量的新裝置100包括激光器1，沿激光器I產(chǎn)生激光的水平前進(jìn)方向依序設(shè)置光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)2、分光鏡3、聚焦轉(zhuǎn)換透鏡4、被測(cè)非球面模具5 ;所述激光再次經(jīng)過分光鏡3反射后形成第一垂直光路，在該垂直光路放置第一光學(xué)平板6，激光通過第一光學(xué)平板6后形成兩條水平光路，在下面光路a中沿激光前進(jìn)方向依序設(shè)置第一光楔7、第二光楔8 ;在上面光路b中沿激光前進(jìn)方向先后放置第三光楔9、第四光楔10 ;在光楔8和光楔10后放置一高帶寬聲光偏轉(zhuǎn)器11，光路a與光路b均通過聲光偏轉(zhuǎn)器11，聲光偏轉(zhuǎn)器11與射頻功率放大器12連接，射頻功率放大器12與直接數(shù)字頻率合成器DDS13相連，而DDS13與計(jì)算機(jī)20相連，并由計(jì)算機(jī)20控制；分別在光路a和b中,位于聲光偏轉(zhuǎn)器11之后，根據(jù)光線出射角度放置空間濾波器14和反射鏡15，在反射鏡15之后a光路中放置擴(kuò)束系統(tǒng)16，在b光路中放置縮束系統(tǒng)17，在16與17后再放置第二光學(xué)平板18 ;光路a與b通過第二光學(xué)平板18后形成第二垂直光路，在該垂直光路沿激光前進(jìn)方向放置(XD19，(XD19與計(jì)算機(jī)20相連。
[0018]該激光器I主要為半導(dǎo)體激光器，可采用幾種不同的波長(zhǎng)，以514nm波長(zhǎng)為主。
[0019]該轉(zhuǎn)換透鏡4為聚焦透鏡，它可以是透鏡組合，其放置位置為焦點(diǎn)與被測(cè)非球面頂點(diǎn)曲面的焦點(diǎn)重合。該轉(zhuǎn)換透鏡4可針對(duì)不同口徑的被測(cè)非球面模具而進(jìn)行更換。
[0020]該擴(kuò)束系統(tǒng)16和縮束系統(tǒng)17由完全相同的透鏡組成，保證由此引起的光路a與光路b的光程差相同，其光束口徑可微調(diào)。
[0021]該第一光學(xué)平板6和第二光學(xué)平板18為大小相等的長(zhǎng)方體，前后面拋光，材料均為K9玻璃，兩平板中心距離可具體調(diào)整，一般為平板厚度的6-8倍。兩光學(xué)平板形成的光路a與b之間的中心距離Λ S與第一光學(xué)平板6的厚度Cltl和入射光線與第一光學(xué)平板6前表面法線夾角Θ有關(guān)，即.e j sin 26^
[0022]&S=d0.......,.......；...........................1........^，

V"— - sin- θ
[0023]夾角θ —般取值45° ,η為平板折射率。
[0024]該第一光楔7、第二光楔8,第三光楔9和第四光楔10為尺寸和材料完全相同的圓形光楔，第一光楔光楔7、第二光楔8同軸放置在a光路中,無(wú)楔角面相對(duì)放置并留有極小縫隙，采用電動(dòng)裝置使它們同步通向/反向繞軸O1-O2轉(zhuǎn)動(dòng)；以同樣方式把第三光楔9、第四光楔10放置在b光路中，操作時(shí)繞軸O3-O4轉(zhuǎn)動(dòng)；第一光楔7與第二光楔8形成一個(gè)光楔對(duì)，同樣，第三光楔9與第四光楔10也形成一個(gè)光楔對(duì)，作用是精密調(diào)節(jié)光束到聲光偏轉(zhuǎn)器11的布拉格衍射角位置。當(dāng)兩光楔繞光軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為91和92時(shí)，光線偏向角δ為
^ η θ\ ~Θ?
[0025]ο = 2(n-l)acos—-=~
[0026]其中α為光楔楔角，一般小于1°。
[0027]該聲光偏轉(zhuǎn)器11可調(diào)制多種波長(zhǎng)的激光，其帶寬至少為40MHz，以便使干涉條紋可變換多種頻率，其衍射效率大于60%，這樣有足夠光強(qiáng)形成干涉條紋。根據(jù)聲光效應(yīng)原理，當(dāng)入射光線以布拉格角Θ B入射到聲光偏轉(zhuǎn)器11時(shí)，衍射光能量集中在O級(jí)和一級(jí)(±1級(jí))衍射光中，濾除O級(jí)和其中一個(gè)一級(jí)光，可得到單一光束，其光束偏轉(zhuǎn)角θ等于布拉格角ΘΒ，為
[0028]
d = ，
[0029]其中η是聲光介質(zhì)的折射率，Vs是聲速，fs是聲波頻率。
[0030]該直接數(shù)字頻率合成器DDS13的頻率調(diào)節(jié)范圍大于40MHz，以兼容聲光偏轉(zhuǎn)器的頻率帶寬，DDS13輸出正弦模擬信號(hào)的頻率F為
[0031]F = ^ ,
[0032]N為頻率控制字，f為時(shí)鐘頻率，t為相位累加器的位數(shù)。DDS13的調(diào)諧時(shí)間一般為納秒量級(jí)。聲光偏轉(zhuǎn)器11中的聲波頻率fs等于DDS13的輸出頻率F，因此光線通過聲光偏轉(zhuǎn)器11后一級(jí)衍射光線的偏轉(zhuǎn)角度θ為
[0033]



M ■ f ' λ
^ = Oa = -η-:-


Zni.η.1?
[0034]因此，通過計(jì)算機(jī)改變頻率控制字N就能改變出射光線角度，由此改變干涉條紋的頻率。而條紋頻率fo與出射角■&之間的關(guān)系可表示為
[0035]f0=2sin Θ/λ ?2θ/λ
[0036]其中λ為光波長(zhǎng)，出射角谷很小，= 3。
[0037]由激光器I出射的激光經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)2放大，通過分光鏡3和轉(zhuǎn)換透鏡4到達(dá)被測(cè)非球面模具5，并被該模具5表面反射回來，此時(shí)的光束攜帶面形信息，其再次通過轉(zhuǎn)換透鏡4入射到分光鏡3上，并被3反射，經(jīng)過第一光學(xué)平板6分成兩束a與b，一束光a被前表面反射并通過第一光楔7、第二光楔8,改變?nèi)肷浣菫椴祭窠铅é?通過聲光偏轉(zhuǎn)器11 ；另一束光b被光學(xué)平板6后表面反射通過第三光楔9、第四光楔10,同樣改變?nèi)肷浣菫椴祭窠铅?B，通過聲光偏轉(zhuǎn)器11。通過聲光偏轉(zhuǎn)器11后的兩束光線均以θ角度出射,通過空間濾波器14濾除其余衍射光線(另一一級(jí)衍射光和零級(jí)衍射光)，經(jīng)反射鏡15，再分別通過擴(kuò)束系統(tǒng)16和縮束系統(tǒng)17改變徑向口徑，形成徑向剪切干涉，通過第二光學(xué)平板18后將條紋圖像記錄在(XD19上，最后通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行面形恢復(fù)與評(píng)價(jià)。
[0038]聲光偏轉(zhuǎn)器11與射頻功率放大器12、DDS13連接，由于從DDS13出來的信號(hào)較弱，因此采用功率放大器12加強(qiáng)頻率信號(hào)。通過計(jì)算機(jī)改變DDS13的頻率控制字N來改變光線a與b的出射角β，從而改變條紋頻率，由于DDS13頻率變化的時(shí)間只需幾十納秒，因此干涉條紋的頻率變換在極短的時(shí)間內(nèi)就能完成，可以采集多組不同頻率的干涉條紋按時(shí)間相位解包裹方法恢復(fù)最終的連續(xù)相位。假設(shè)條紋的頻率變化按2N(N = 0，1，2…)的進(jìn)行，先通過相移方法或傅里葉變換等其他方法解出每套條紋測(cè)量后的包裹相位圖Φψ(πι，n, t)，再求兩相鄰不同頻率的條紋圖中相同點(diǎn)的解包裹相位差及2 的不連續(xù)數(shù)，在假設(shè)時(shí)間軸上滿足仙農(nóng)抽樣定理的前提下，最終的連續(xù)相位可通過累加不同頻率條紋圖的解包裹相位差后得到，由此得到的每點(diǎn)相位值互不影響，因此這種測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)模具表面缺陷的影響，具有較強(qiáng)的噪聲免疫力。
[0039]所述的CXD探測(cè)器具有較高的圖像采集速度，采集幀率不少于60fps。
[0040]在該裝置中，測(cè)量的實(shí)時(shí)性是通過條紋高速變頻實(shí)現(xiàn)，而變頻功能是通過DDS頻率控制字來實(shí)現(xiàn)。裝置總體結(jié)構(gòu)為等光程結(jié)構(gòu)，對(duì)振動(dòng)的影響不敏感，能保持較高的測(cè)量效率。本實(shí)驗(yàn)裝置不僅可測(cè)量多種口徑的非球面，對(duì)平面和球面同樣適用，可實(shí)現(xiàn)非球面光學(xué)模具加工的在機(jī)面形檢測(cè)。
[0041]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的原則之內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進(jìn)等均應(yīng)包含本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其包括一激光器，其特征在于:沿激光器產(chǎn)生激光的水平前進(jìn)方向依序設(shè)置光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)、分光鏡、聚焦轉(zhuǎn)換透鏡、被測(cè)非球面模具；所述激光再次經(jīng)過分光鏡反射后形成第一垂直光路，在該垂直光路放置第一光學(xué)平板，激光通過第一光學(xué)平板后形成兩條水平光路，在下面光路a中沿激光前進(jìn)方向依序設(shè)置第一光楔、第二光楔；在上面光路b中沿激光前進(jìn)方向先后放置第三光楔、第四光楔；在光楔和光楔后放置一高帶寬聲光偏轉(zhuǎn)器，光路a與光路b均通過聲光偏轉(zhuǎn)器,聲光偏轉(zhuǎn)器與射頻功率放大器連接，射頻功率放大器與直接數(shù)字頻率合成器DDS相連，而DDS與計(jì)算機(jī)相連，并由計(jì)算機(jī)控制；分別在光路a和b中，位于聲光偏轉(zhuǎn)器之后，根據(jù)光線出射角度放置空間濾波器和反射鏡，在反射鏡之后a光路中放置擴(kuò)束系統(tǒng)，在b光路中放置縮束系統(tǒng)，在擴(kuò)束系統(tǒng)與縮束系統(tǒng)后再放置第二光學(xué)平板；光路a與b通過第二光學(xué)平板后形成第二垂直光路，在該垂直光路沿激光前進(jìn)方向放置CCD，CCD與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于:該擴(kuò)束系統(tǒng)和縮束系統(tǒng)由完全相同的透鏡組成，保證由此引起的光路a與光路b的光程差相同，其光束口徑可微調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于:該第一光學(xué)平板和第二光學(xué)平板為大小相等的長(zhǎng)方體，前后面拋光，材料均為K9玻璃，兩平板中心距離為平板厚度的6-8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于:該第一光楔、第二光楔，第三光楔和第四光楔為尺寸和材料完全相同的圓形光楔，第一光楔光楔、第二光楔同軸放置在a光路中，無(wú)楔角面相對(duì)放置并留有極小縫隙，采用電動(dòng)裝置使它們同步同向/反向繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；以同樣方式把第三光楔、第四光楔放置在b光路中，操作時(shí)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；第一光楔與第二光楔形成一個(gè)光楔對(duì)，同樣，第三光楔與第四光楔也形成一個(gè)光楔對(duì)，作用是精密調(diào)節(jié)光束到聲光偏轉(zhuǎn)器的布拉格衍射角位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置，其特征在于:該聲光偏轉(zhuǎn)器可調(diào)制多種波長(zhǎng)的激光，其帶寬至少為40MHz，衍射效率大于60%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲光調(diào)制的非球面模具在機(jī)測(cè)量裝置置，其特征在于:該直接數(shù)字頻率合成器的頻率調(diào)節(jié)范圍大于40MHz。
【文檔編號(hào)】B23Q17/24GK203993372SQ201420010364
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】朱勇建, 潘衛(wèi)清 申請(qǐng)人:浙江科技學(xué)院