本發(fā)明涉及光學(xué)檢測領(lǐng)域，特別涉及一種光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光學(xué)元件的加工過程主要包括開型、粗磨、精磨和拋光等工序，其中精磨工序需要將粗磨工序產(chǎn)生的大的破碎斷裂層變成小的破碎斷裂層，而拋光需要將精磨產(chǎn)生的小的破碎斷裂層進(jìn)一步減小。拋光過程為化學(xué)機(jī)械過程，除了機(jī)械作用外還存在化學(xué)作用，即光學(xué)玻璃材料與水發(fā)生水解作用生成比較容易去除的硅酸溶膠，硅酸溶膠在拋光顆粒作用下比較容易去除，材料去除過程中存在摻雜著拋光顆粒的再沉積過程。雖然拋光過程更容易形成光滑表面，但其表層會摻雜一定雜質(zhì)，并且在沉積水解層下方可能存在看不到的劃痕、坑洞等亞表面損傷層。由于光學(xué)元件表面粗糙度測量的表面輪廓可以發(fā)現(xiàn)表面疵病，其數(shù)值也精磨階段和拋光階段有效評價損傷層深度和損傷層直接相關(guān)，因此粗糙度是衡量光學(xué)元件加工與各階段目標(biāo)是否完成的重要指標(biāo)參數(shù)。

目前，光學(xué)元件粗糙度測量一般采用離線測量方式，由于銑磨產(chǎn)生損傷層一般比較深，拋光工序需要去除十幾或者幾十微米量級材料，并且在控制光學(xué)元件面形的同時要將損傷層完全去除。而離線測量粗糙度可能是個反復(fù)的過程，一輪拋光結(jié)束后觀察粗糙度數(shù)值是否達(dá)到指標(biāo)要求，還有通過觀察測量產(chǎn)生表面輪廓觀察損傷層是否完全去除。由于有水解層存在，去除后還要在已有表面面形基礎(chǔ)上均勻再去一層，每一步驟都需要將工件下盤檢測，若加工效果不理想就需重新上盤加工，因此需要一種在線檢測粗糙度的系統(tǒng)可以實現(xiàn)光學(xué)元件的加工在線檢測，可有效提高光學(xué)元件的加工效率，對于縮短加工周期和節(jié)約成本具有一定意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)元件粗糙度檢測只能進(jìn)行離線檢測的技術(shù)問題，提供一種光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對光學(xué)元件全口徑粗糙度的在線檢測。

本發(fā)明的實施例提供一種光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)，所述在線檢測系統(tǒng)包括一個可沿笛卡爾坐標(biāo)系的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向運動的檢測本體；

所述檢測本體上設(shè)有一個繞第一支點擺動的第一擺動軸，在所述檢測本體的任一運動位置上，所述第一擺動軸的擺動面與笛卡爾坐標(biāo)系的XOZ面平行或重合；

在所述第一擺動軸遠(yuǎn)離第一支點的一端還轉(zhuǎn)動連接有第二擺動軸，在所述檢測本體及第一擺動軸的任一運動位置上，所述第二擺動軸的擺動面與笛卡爾坐標(biāo)系的YOZ面平行或重合；

在所述第二擺動軸遠(yuǎn)離第一擺動軸的一端設(shè)有用于進(jìn)行粗糙度測量的震動不敏感輪廓儀；

所述檢測系統(tǒng)還包括一個用于夾持所述光學(xué)元件的工裝夾具；

還包括一個控制裝置，用于控制所述檢測本體、第一擺動軸、第二擺動軸及震動不敏感輪廓儀的工作。

優(yōu)選地，所述在線檢測系統(tǒng)包括兩條沿著X軸方向運動的第一履帶，所述檢測本體架設(shè)在所述兩條第一履帶上。

優(yōu)選地，所述在線檢測系統(tǒng)包括兩條沿著Y軸方向運動的第二履帶，所述檢測本體架設(shè)在所述兩條第二履帶上。

優(yōu)選地，所述在線檢測系統(tǒng)包括一條沿著Z軸方向運動的第三履帶，所述檢測本體架設(shè)在所述第三履帶上。

優(yōu)選地，所述檢測本體在Z軸方向上具有微調(diào)功能。

優(yōu)選地，所述第一擺動軸及第二擺動軸分別具有微調(diào)功能。

優(yōu)選地，所述震動不敏感輪廓儀的工作前端設(shè)有調(diào)焦光闌，用于將獲得的干涉條紋調(diào)整至零條紋。

優(yōu)選地，所述工裝夾具包括一個支撐部件和一個夾持部件，所述夾持部件用于夾持所述光學(xué)元件，所述夾持部件設(shè)有一個自轉(zhuǎn)軸，帶動所述光學(xué)元件繞其自身中心自轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述笛卡爾坐標(biāo)系為直角坐標(biāo)系，所述X軸、Y軸及Z軸相互垂直。

優(yōu)選地，所述夾持部件與所述控制裝置電連接，所述控制裝置用于控制所述夾持部件的自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的實施例提供的一種光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)，由于包括一個可沿笛卡爾坐標(biāo)系的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向運動的檢測本體，并且在所述檢測本體上設(shè)有一個沿著XOZ面平行或重合方向擺動的第一擺動軸及沿著YOZ面平衡或重合方向擺動的第二擺動軸，可以時刻調(diào)整設(shè)置在第二擺動軸上的不敏感輪廓儀的工作位置，實現(xiàn)對光學(xué)元件的在線粗糙度的檢測工作，有效提高了加工效率，節(jié)約了加工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)的檢測本體的運動方向X方向、Y方向及Z方向所組成的笛卡爾坐標(biāo)系示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實施例的光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)的不敏感輪廓儀與不同光學(xué)元件檢測面的工作位置示意圖。

圖中，10-X軸方向履帶；20-Y軸方向履帶；30-Z軸方向履帶；40-第二擺動軸；50-第一擺動軸；60-檢測本體；70-震動不敏感輪廓儀；80-光學(xué)元件；90-自轉(zhuǎn)軸；100-夾持部件；101-支撐部件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步說明：

在描述本發(fā)明的實施例之前，如圖1所示，假設(shè)本發(fā)明的光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)可沿著三個方向的直線運動軸做直線運動，這里的三個方向定義為X軸方向、Y軸方向及Z軸方向，所述X軸、Y軸及Z軸遵循笛卡爾坐標(biāo)系相對關(guān)系。這里所述的笛卡爾坐標(biāo)系0XYZ就是直角坐標(biāo)系和斜角坐標(biāo)系的統(tǒng)稱。相交于原點的兩條數(shù)軸，構(gòu)成了平面放射坐標(biāo)系。如兩條數(shù)軸上的度量單位相等，則稱此放射坐標(biāo)系為笛卡爾坐標(biāo)系。兩條數(shù)軸互相垂直的笛卡爾坐標(biāo)系，稱為笛卡爾直角坐標(biāo)系，否則稱為笛卡爾斜角坐標(biāo)系。

本實施例中，所述笛卡爾坐標(biāo)系優(yōu)選為直角坐標(biāo)系。

本發(fā)明的光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)包括一個檢測本體60，以及一個裝配在所述檢測本體60上的震動不敏感輪廓儀70，所述檢測本體60可以沿著所述笛卡爾坐標(biāo)系的X軸方向、Y軸方向及Z軸方向直線運動，從而帶動所述震動不敏感輪廓儀70實現(xiàn)對待測光學(xué)元件80的表面粗糙度的在線檢測。

進(jìn)一步地，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對表面呈凹面或凸面的光學(xué)元件的表面粗糙度的在線檢測，所述光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)的檢測本體60上的震動不敏感輪廓儀70還可以實現(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系的XOZ面內(nèi)或與XOZ面平行的平面內(nèi)進(jìn)行擺動，同時也可以實現(xiàn)在卡迪爾坐標(biāo)系的YOZ面或與YOZ面平行的平面內(nèi)進(jìn)行擺動，這種擺動可以調(diào)整震動不敏感輪廓儀的鏡頭與所述待測光學(xué)元件表面的距離以及震動不敏感輪廓儀的鏡頭的傾斜角度，具體的實現(xiàn)方案為：

所述檢測本體60上設(shè)有一個可繞第一支點擺動的第一擺動軸50，該第一擺動軸50可以繞著該第一支點在同一平面內(nèi)擺動，即，在所述檢測本體60的任一運動位置上，可以控制所述第一擺動軸50繞第一支點在一個平面內(nèi)進(jìn)行擺動，該平面與所述笛卡爾坐標(biāo)系的XOZ面平行或重合。在所述第一擺動軸50遠(yuǎn)離第一支點的一端處還轉(zhuǎn)動連接有第二擺動軸40，所述第二擺動軸40可以繞著第一擺動軸50在同一平面內(nèi)進(jìn)行擺動，即，在所述檢測本體60的任一運動位置上，同時在所述第一擺動軸50的任一位置上，所述第二擺動軸40可繞著第一擺動軸50在同一個平面內(nèi)進(jìn)行擺動，該平面與所述笛卡爾坐標(biāo)系的YOZ面平行或重合。所述震動不敏感輪廓儀70設(shè)置在所述第二擺動軸40遠(yuǎn)離第一擺動軸50的一端。

在本發(fā)明的實施例中，因為所述笛卡爾坐標(biāo)系OXYZ優(yōu)選為直角坐標(biāo)系，因此XOZ面與YOZ面垂直，因此所述第一擺動軸50的擺動平面與所述第二擺動軸40的擺動平面相互垂直。

本發(fā)明的實施例中，所述震動不敏感輪廓儀可以實現(xiàn)在三個直線運動軸方向-X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的直線移動，以及實現(xiàn)兩個角度運動軸-第一擺動軸50、第二擺動軸40上的角度的擺動，直線移動及角度擺動的聯(lián)動可以帶動震動不敏感輪廓儀70的鏡頭的運動。

本發(fā)明的光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)還包括一個用于夾持所述待測光學(xué)元件80的工裝夾具，檢測前，需要將所述待測光學(xué)元件80固定夾持在所述工裝夾具上。

本實施例的所述光學(xué)元件粗糙度在線檢測系統(tǒng)還包括一個控制裝置(圖中未示出)，用于控制所述檢測本體、第一擺動軸、第二擺動軸及震動不敏感輪廓儀的工作，具體的，所述控制裝置控制所述檢測本體60實現(xiàn)沿著X軸方向、Y軸方向及Z軸方向的直線運動，控制第一擺動軸及第二擺動軸的擺動，同時還控制震動不敏感輪廓儀的檢測過程的工作。

結(jié)合圖2所示，為了能夠?qū)崿F(xiàn)所述檢測本體60的在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向上的直線運動，優(yōu)選地，所述檢測系統(tǒng)包括兩條沿著X軸方向運動的第一履帶10，所述檢測本體60架設(shè)在兩條第一履帶上，在所述第一履帶10的帶動下，所述檢測本體60可以沿著X軸的方向直線運動。

進(jìn)一步地，所述檢測系統(tǒng)還包括兩條沿著Y軸方向運動的第二履帶20，所述檢測本體60架設(shè)在兩條第二履帶20上，在所述第二履帶20的帶動下，所述檢測本體60可以沿著Y軸的方向直線運動。

更進(jìn)一步地，所述檢測系統(tǒng)還包括一條沿著Z軸方向運動的第三履帶30，所述檢測本體60架設(shè)在所述第三履帶30上。

其中，本實施例中所述第一履帶10，第二履帶20及第三履帶30的設(shè)置方式可以為現(xiàn)有的各種設(shè)置方式，只要保證每個方向上的運動互不干涉即可，即所述檢測本體60可以實現(xiàn)在第一履帶的方向上運動的同時，還可以朝第二履帶的方向運動，還可以朝第三履帶的方向運動，這種設(shè)置方案能夠滿足在對光學(xué)元件檢測80時實現(xiàn)對不同厚度位置的表面粗糙度的在線檢測。

作為對本發(fā)明實施例的進(jìn)一步改進(jìn)，所述檢測本體60在Z軸方向上可設(shè)置為具有微調(diào)功能，同時所述第一擺動軸及第二擺動軸也設(shè)置為具有微調(diào)功能。從而可以實現(xiàn)震動不敏感輪廓儀在Z軸方向上及在XOZ對應(yīng)的平面及YOZ對應(yīng)的平面內(nèi)的微調(diào)功能。

若所待測光學(xué)元件的表面為平面，測試系統(tǒng)工作時只需要控制所述震動不敏感輪廓儀70在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向運動，并且通過Z軸方向的微調(diào)及及對第一擺動軸的微調(diào)和第二擺動軸的微調(diào)即可完成對待測光學(xué)元件的檢測；若待測光學(xué)元件的表面為凹面和凸面，測試系統(tǒng)工作時需要控制所述震動不敏感輪廓儀70不僅要在X軸方向、Y軸方向及Z軸方向運動，還要在XOZ及YOZ對應(yīng)平行或重合的平面內(nèi)擺動，同時需要Z軸方向的微調(diào)及對第一擺動軸的微調(diào)和第二擺動軸的微調(diào)功能才能完成對待測光學(xué)元件的檢測。

本發(fā)明的實施例中，所述震動不敏感輪廓儀70使用可見光波段光源進(jìn)行干涉測量，測量方式采用瞬時測量，由于測量時間極短所以震動對測量基本無影響，優(yōu)選地，所述震動不敏感輪廓儀的工作前端設(shè)有調(diào)焦光闌，所述輪廓儀使用輔助調(diào)焦光闌用于零條紋位置的確定。上述實施中所述的Z軸方向的微調(diào)，以及第一擺動軸50、第二擺動軸40的微調(diào)功能都是為了實現(xiàn)震動不敏感輪廓儀70的零條紋的調(diào)節(jié)。具體地，結(jié)合圖3所示，由于輪廓儀測量需要，直線運動軸Z和角度運動軸第一擺動軸50及第二擺動軸40具有的微調(diào)功能，可以調(diào)節(jié)震動不敏感輪廓儀鏡頭的法線與待測光學(xué)元件的表面法線重合，并且鏡頭調(diào)焦在光學(xué)元件的表面，微調(diào)功能主要是調(diào)節(jié)零條紋時使用，調(diào)節(jié)鏡頭與光學(xué)元件表面的垂直距離和鏡頭在兩個方向上的傾角，該調(diào)節(jié)都是小量調(diào)節(jié)。通過Z軸方向的運動調(diào)整鏡頭與待測光學(xué)元件平面的距離，并通過調(diào)整鏡頭的傾斜將獲得的干涉條紋調(diào)整至零條紋，以便降低其他因素干擾從而獲得更準(zhǔn)確粗糙度結(jié)果和輪廓。

進(jìn)一步地，結(jié)合圖2所示，本實施例中所述工裝夾具包括一個支撐部件101和一個夾持部件100，所述夾持部件100用于夾持所述光學(xué)元件80，每次對待測光學(xué)元件80進(jìn)行表面粗糙度的測試前，首先會將所述光學(xué)元件80固定夾持在所述夾持部件100上，優(yōu)選地，所述夾持部件80沿中心線設(shè)有一個自轉(zhuǎn)軸90，所述自轉(zhuǎn)軸90與所述控制裝置電連接，控制裝置通過控制一動力部件驅(qū)動所述自轉(zhuǎn)軸90轉(zhuǎn)動，帶動所述光學(xué)元件80繞其自身中心軸線自轉(zhuǎn)。

上述方案中，因為所述工裝夾具設(shè)有自轉(zhuǎn)軸90，在所述光學(xué)元件的表面粗糙組見多過程中會更方便調(diào)節(jié)，夾持部件100可以實現(xiàn)光學(xué)元件80同一環(huán)帶上不同位置的調(diào)節(jié)，并且通過自轉(zhuǎn)軸90的轉(zhuǎn)動，在工件很好對心情況下震動不敏感輪廓儀70的目鏡與工件距離基本保持不變，零條紋更易獲得，同時可以省掉對第一擺動軸50的粗調(diào)功能的操作。

本發(fā)明的光學(xué)元件粗糙度在線檢測裝置可以實現(xiàn)對待測光學(xué)元件全口徑粗糙度在線檢測，同時可以實現(xiàn)不同類型的光學(xué)元件粗糙度的檢測，如平面光學(xué)元件、凸面光學(xué)元件和凹面光學(xué)元件，在所述光學(xué)元件不下盤狀態(tài)下就可以對光學(xué)元件粗糙度和表面輪廓進(jìn)行測量，可以確定損傷層是否完全去除，有效提高了加工效率，節(jié)約加工成本。本實施例中所述的全口徑是指，在所述光學(xué)元件的有效通光口徑內(nèi)，距離光學(xué)元件的中心不同距離，在各個距離點相應(yīng)環(huán)帶對應(yīng)的各個不同位置點，即本發(fā)明實施例的光學(xué)元件粗糙度在線檢測裝置可以實現(xiàn)上述不同位置點的粗糙度的檢測。

上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。