六足位移台支持精确测量非球面透镜

非球面透镜在光轴周围具有旋转对称的光学器件,其曲率半径随距中心的距离呈径向变化。这使光学系统能够以更少的透镜获得高质量的图像,同时节省成本和减轻重量。然而,测试非球面形状的精度,意味着这类透镜的质量对制造商来说是一个相当大的挑战:

这需要在纳米范围内测量形状的微小偏差,同时可以缩短测量和设置时间。解决方案是采用一种新型的多倾斜波阵面干涉仪。作为总体系统的一部分,六足位移台在校准和测量中接管了几个定位任务。


一种新方法:倾斜波阵面技术

无需CGH
无需连续缝合
测量时间< 30秒
具有高横向分辨率
测量不确定度< 50纳米

已经建立了几种检测非球面透镜形状精度的方法。例如,具有计算机生成的全息图(CGH)功能的干涉仪会产生所需形状的非球面波阵面,从而可以确定透镜的偏差。然而,需要针对每个测试对象的形状单独创建CGH,因此只适用于批量生产。
在圆形分段部分中用干涉法测量非球面是另一种可能性。最后,将各部分测量结果与全表面干涉图相结合。与CGH相比,该工艺非常灵活,也适用于原型和小型系列产品的生产。然而,"缝合"圆形环往往非常耗时,因为在更陡峭的光学系统的情况下,只能捕获更小的圆形干涉图样环,因此必须将许多干涉图样缝合在一起。

因此,计量公司Mahr开发了一种新型仪器,直接在生产线上对不同的非球面进行精确、快速、灵活的测量,而不需要CGH、经典缝合或触觉接触。与需要几分钟进行测量的现有系统相比,此倾斜波阵面干涉仪(TWI)仅需20到30秒即可测量整个表面。在评估前一个测试对象时,可以测量下一个测试对象。

新型倾斜波阵面干涉仪TWI 60的规格

测量和参考过程

新测量系统不能立即在单个图像中获取整个测试对象,而是在几个不同时间有效的子孔径中。

单个几何分布的子孔径被主动切换,不同的倾斜波阵面在没有重叠干涉图样的情况下撞击检测光学器件。从每个子孔径获取测试对象表面局部部分的未受干扰的干涉图样,并且可以在短时间内测量测试对象的整个表面。

最后,将各个干涉图样组合在一起,形成测试对象表面的形貌,并确定测试对象的实际形状与标称形状的偏差。TWI的设计使测量单个表面形状具有较高的横向分辨率并具有50纳米以下的测量不确定度。

对于参考和校准,将具有已知几何规格的高精度球体针对每个子孔径移动到特定位置,然后通过该子孔径进行测量。最后,对所有的测量值进行评估,并使用算法来校正所有子孔径的系统测量偏差。

由于校准球的所有种类的定位误差都会影响相应子孔径的校正算法,所以校准球的定位需要非常精确。最大横向位置误差为5微米,重复精度务必小于0.5微米。

为了满足TWI定位机构的高要求,经过详细的测试,Mahr最终决定使用H-824六足位移台。

工学博士Jürgen Schweizer,Mahr GmbH的产品管理营销部

六足位移台定位校准球和测试对象

H-824六足位移台定位校准球,并在实际测量过程开始之前用五个自由度定位测试对象。而且,所需位置和实际位置都需要精确匹配。例如,倾斜偏差不得超过60 μrad。

高性能的>>C-887数字控制器负责控制六足位移台,采用用户友好界面型软件,可以轻松控制。用直角坐标系指定位置,并且对各个驱动器的所有转换都在控制器中完成。

六足位移台H-824的规格

并联运动定位系统的优点

高重复精度
亚微米精度
六自由度
中心孔径
可自由定义的旋转中心

六足位移台能够在所有自由度中以高精度定位,并且能以高精度沿轨迹运动。在六足位移台的情况下,与串联运动相比,所有六个促动器直接作用于同一平台。这允许比堆叠系统更紧凑的设计。由于六足位移台仅移动一个平台,因此整体质量也更小,这造成了所有运动轴的高动态性。

与堆叠系统相比,六足位移台的特点还在于其改进的路径精度、更高的重复精度和平面度。六足位移台的另一个基本特征是可自由定义的旋转或枢轴点,这意味着可以定义各种坐标系,例如,工件或工具的位置。

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六轴定位系统

版本/日期
CAT136 2018-08
文件语言 English
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