一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及裝置製造方法
2023-10-19 21:38:12 1
一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及裝置，首先將待測曲面稜鏡裝夾後，固定在三坐標測量機平臺上；利用紅寶石探頭對所述待測曲面稜鏡的前後表面以及外徑參數進行測量；根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，並獲得剖視圖；從所述剖視圖上獲得所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b和中心厚度d，並根據幾何關係，得出所述待測曲面稜鏡的頂角a等於所述前後表面光軸的夾角b。該方法可操作性強，測量精度高，適用於任何曲率、尺寸較大的Fery稜鏡，通用性強。
【專利說明】一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學測量【技術領域】，尤其涉及一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]目前，從複色光中分出單色光的手段主要有稜鏡色散、光柵衍射、幹涉濾光片等方法，而稜鏡色散的方法由於其原理簡潔、性能穩定、加工成熟等優點，在各類光譜儀器，例如光譜儀、分光儀、分光光度計等均獲得了廣泛的應用。傳統的色散稜鏡，其前後表面均是平面，如圖1所示為傳統色散稜鏡的光路示意圖，所需要精確測量的參數主要有面形精度和稜角頂角，面形精度可以用Zyg0幹涉儀測量，而決定色散率的稜鏡頂角，可以用自準望遠鏡的反射像法、標準角塊貼置法和厚薄尺寸測量法等方法來進行測定。
[0003]C.Fery在1910年提出Fery稜鏡,稱之為含有曲面的稜鏡(a prism with curvedfaces), Fery稜鏡(即曲面稜鏡)同時具有稜鏡的色散功能和透鏡的成像功能,是一種特殊的光學元件，如圖2所示為現有技術中Fery稜鏡的工作光路示意圖，該曲面稜鏡需要精確測量的參數包括有前後表面的曲率半徑、前後表面光軸偏角(色散角)和中心厚度等。
[0004]而由於曲面稜鏡的色散角與中心厚度均具有特殊性，不能採用測定傳統平面稜鏡頂角的方法來測量，也不能採用測定透鏡中心厚度的方法來測量，現有技術中缺乏對曲面稜鏡進行測量的有效手段·。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法及裝置，該方法可操作性強，測量精度高，適用於任何曲率、尺寸較大的Fery稜鏡，通用性強。
[0006]一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法，包括:
[0007]將待測曲面稜鏡裝夾後，固定在三坐標測量機平臺上；
[0008]利用紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的前表面，得到前表面的參數:球心坐標O1和曲率半徑R1，並重複多次測量取平均值；
[0009]利用所述紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的後表面，得到後表面參數:球心坐標O2和曲率半徑R2,並重複多次測量取平均值；
[0010]調整所述紅寶石探頭的角度，測量所述待測曲面稜鏡的外徑，得到所在圓柱的參數:光軸矢量I和圓柱外徑D，並重複多次測量取平均值；
[0011]根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，並獲得剖視圖；
[0012]從所述剖視圖上獲得所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b和中心厚度d，並根據幾何關係，得出所述待測曲面稜鏡的頂角a等於所述前後表面光軸的夾角b。
[0013]所述紅寶石探頭在使用前，需要用標準球進行標定，具體包括:
[0014]將標準球固定不動，用所述紅寶石探頭測定標準球，並調整好所述紅寶石探頭的角度，使所述紅寶石探頭與所要測定的表面儘量相切。
[0015]一種接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置，所述裝置包括稜鏡裝夾機構，紅寶石探頭，三坐標測量機平臺和計算機處理系統，其中:
[0016]待測曲面稜鏡被所述稜鏡裝夾機構裝夾後，固定在所述三坐標測量機平臺上；
[0017]通過所述紅寶石探頭對所述待測曲面稜鏡的前後表面以及外徑參數進行測量；
[0018]將測量所得到的參數傳遞到所述計算機處理系統，利用所述計算機處理系統計算得到所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角、中心厚度，以及所述待測曲面稜鏡的頂角。
[0019]所述稜鏡裝夾機構包括:專用夾具或三爪，且在裝夾所述待測曲面稜鏡時，為所述待測曲面稜鏡的外徑留出足夠餘量，使所述紅寶石探頭在外徑上獲取足夠的數據。
[0020]所述裝置還包括標準球夾持機構,利用該標準球夾持機構夾持標準球,所述紅寶石探頭在使用前，需要用所述標準球進行標定。
[0021]由上述本發明提供的技術方案可以看出，首先將待測曲面稜鏡裝夾後，固定在三坐標測量機平臺上；利用紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的前表面，得到前表面的參數:球心坐標O1和曲率半徑R1，並重複多次測量取平均值；利用所述紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的後表面，得到後表面參數:球心坐標O2和曲率半徑R2,並重複多次測量取平均值；調整所述紅寶石探頭的角度，測量所述待測曲面稜鏡的外徑，得到所在圓柱的參數:光軸矢量I和圓柱外徑D，並重複多次測量取平均值；根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，並獲得剖視圖；從所述剖視圖上獲得所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b和中心厚度d，並根據幾何關係，得出所述待測曲面稜鏡的頂角a等於所述前後表面光軸的夾角b。該方法可操作性強，測量精度高，適用於任何曲率、尺寸較大的Fery稜鏡，通用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0023]圖1為傳統色散稜鏡的光路示意圖；
[0024]圖2為現有技術中Fery稜鏡的工作光路示意圖；
[0025]圖3為本發明實施例所提供的接觸式測量曲面稜鏡參數的方法流程示意圖；
[0026]圖4為本發明實施例所提供接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置結構示意圖；
[0027]圖5為本發明實施例所舉實例中Fery稜鏡主要參數的幾何示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
[0029]下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖3所示為本發明實施例所提供的接觸式測量曲面稜鏡參數的方法流程示意圖，所述測量方法包括:
[0030]步驟31:首先將待測曲面稜鏡裝夾後，固定在三坐標測量機平臺上；
[0031]在該步驟中，將待測曲面稜鏡裝夾後，放置在待測環境中穩定一段時間，然後進行後繼步驟。
[0032]步驟32:利用紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的前表面，得到前表面的參數:球心坐標O1和曲率半徑R1，並重複多次測量取平均值；
[0033]在該步驟中，利用紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的前表面，繞子孔徑一圈並均勻取點5個以上，覆蓋通光口徑，即可擬合出該待測曲面稜鏡前表面的參數。
[0034]最終得到前表面的參數:球心坐標O1和曲率半徑R1，並重複多次測量取平均值。
[0035]步驟33:利用所述紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的後表面，得到後表面參數:球心坐標O2和曲率半徑R2，並重複多次測量取平均值；
[0036]在該步驟中，利用與步驟32同樣的方式，測量所述待測曲面稜鏡的後表面，得到相應的後表面參數:球心坐標O2和曲率半徑R2,並重複多次測量取平均值。
[0037]步驟34:調整所述紅寶石探頭的角度，測量所述待測曲面稜鏡的外徑，得到所在圓柱的參數:光軸矢量I和圓柱外徑D，並重複多次測量取平均值；
[0038]在該步驟中，調整紅寶石探頭的角度，利用與步驟32同樣的方式，測量待測曲面稜鏡的外徑，得到相應的參數:光軸矢量I和圓柱外徑D，並重複多次測量取平均值。
[0039]步驟35:根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，並獲得剖視圖；
[0040]在該步驟中，具體根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用相應的軟體建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，對兩球體做布爾運算，再與圓柱體做布爾運算，並獲得相應的剖視圖。
[0041]步驟36:從剖視圖上獲得所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b和中心厚度d，並根據幾何關係，得出所述待測曲面稜鏡的頂角a等於所述前後表面光軸的夾角b。
[0042]另外，上述紅寶石探頭在使用前，需要用標準球進行標定，具體過程為:
[0043]將標準球固定不動，用所述紅寶石探頭測定標準球，並調整好所述紅寶石探頭的角度，使所述紅寶石探頭與所要測定的表面儘量相切，不同的角度均需要用標準球做標定。具體來說，由於在不同角度的時候，紅寶石探頭與曲面稜鏡待測面相切時的基準不同，而標準球是各向相同的，通過採用標準球做標定，相當於在整個測量中，以標準球作為測量基準，減去了紅寶石探頭不同角度測量時所引入的誤差。
[0044]另外，在實際應用中，還可以改變所使用的紅寶石探頭、Fery稜鏡的裝夾方式、Fery稜鏡的曲率半徑、厚度以及所使用的光學材料，但上述更改和變化並不脫離本發明的實質範圍。
[0045]基於上述測量方法，本發明實施例還提供了一種接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置，如圖4所示為本發明實施例所提供接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置結構示意圖，所述裝置主要包括稜鏡裝夾機構1，紅寶石探頭2，三坐標測量機平臺4和計算機處理系統5，其中:
[0046]待測曲面稜鏡被稜鏡裝夾機構I裝夾後，固定在三坐標測量機平臺4上；
[0047]通過紅寶石探頭2對所述待測曲面稜鏡的前後表面以及外徑參數進行測量，具體測量過程見上述方法實施例中所述；
[0048]將測量所得到的參數傳遞到所述計算機處理系統5，利用所述計算機處理系統5計算得到所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b，中心厚度d，以及所述待測曲面稜鏡的頂角a。
[0049]在具體實現中，該稜鏡裝夾機構I包括:專用夾具或三爪，且無論採用何種方式固定，都要給待測曲面稜鏡的外徑留出足夠的餘量，保證紅寶石探頭能夠在外徑上獲取足夠的數據。
[0050]所述裝置還包括標準球夾持機構3,利用該標準球夾持機構3夾持標準球,所述紅寶石探頭在使用前，需要用所述標準球進行標定，具體標定過程見上述方法實施例中所述。
[0051]下面以具體的實例對上述測量方法進行驗證，如圖5所示為本發明實施例所舉實例中Fery稜鏡主要參數的幾何示意圖，圖5中包括的參數為:前表面的參數(球心坐標O1和曲率半徑R1),後表面參數(球心坐標O2和曲率半徑R2),外徑所在圓柱參數(光軸矢量I和圓柱外徑D)，以及前後表面光軸的夾角b、中心厚度d和頂角a。
[0052]該實例中Fery稜鏡的有效口徑為30mm，測量參數的結果採用上述方法和裝置測得，理論參數和測量結果對比見下表I所示:
[0053]表I
[0054]
【權利要求】
1.一種接觸式測量曲面稜鏡參數的方法，其特徵在於，包括: 將待測曲面稜鏡裝夾後，固定在三坐標測量機平臺上； 利用紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的前表面，得到前表面的參數:球心坐標O1和曲率半徑R1，並重複多次測量取平均值； 利用所述紅寶石探頭測量所述待測曲面稜鏡的後表面，得到後表面參數:球心坐標O2和曲率半徑R2，並重複多次測量取平均值； 調整所述紅寶石探頭的角度，測量所述待測曲面稜鏡的外徑，得到所在圓柱的參數:光軸矢量I和圓柱外徑D，並重複多次測量取平均值； 根據以上所獲得的坐標參數，在計算機處理系統中利用建模復現出實際的待測曲面稜鏡模型，並獲得剖視圖； 從所述剖視圖上獲得所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角b和中心厚度d，並根據幾何關係，得出所述待測曲面稜鏡的頂角a等於所述前後表面光軸的夾角b。
2.根據權利要求1所述接觸式測量曲面稜鏡參數的方法，其特徵在於，所述紅寶石探頭在使用前，需要用標準球進行標定，具體包括: 將標準球固定不動，用所述紅寶石探頭測定標準球，並調整好所述紅寶石探頭的角度，使所述紅寶石探頭與所要測定的表面儘量相切。
3.一種接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置，其特徵在於，所述裝置包括稜鏡裝夾機構，紅寶石探頭，三坐標測量機平臺和計算機處理系統，其中: 待測曲面稜鏡被所述稜鏡裝夾機構裝夾後，固定在所述三坐標測量機平臺上； 通過所述紅寶石探頭對所述待測曲面稜鏡的前後表面以及外徑參數進行測量； 將測量所得到的參數傳遞到所述計算機處理系統，利用所述計算機處理系統計算得到所述待測曲面稜鏡前後表面光軸的夾角、中心厚度，以及所述待測曲面稜鏡的頂角。
4.如權利要求3所述接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置，其特徵在於，所述稜鏡裝夾機構包括:專用夾具或三爪，且在裝夾所述待測曲面稜鏡時，為所述待測曲面稜鏡的外徑留出足夠餘量，使所述紅寶石探頭在外徑上獲取足夠的數據。
5.如權利要求3所述接觸式測量曲面稜鏡參數的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括標準球夾持機構，利用該標準球夾持機構夾持標準球，所述紅寶石探頭在使用前，需要用所述標準球進行標定。
【文檔編號】G01M11/00GK103439085SQ201310384602
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】聶雲峰, 相裡斌, 周錦松, 呂群波, 黃旻 申請人:中國科學院光電研究院