非球面拼接測量中偏置誤差作用機理與拼接方法研究.pdf

1、大口徑非球面光學元件是空間光學系統(tǒng)中起支撐作用的關(guān)鍵部件，對大口徑非球面面型的精確測量則直接關(guān)系到大口徑非球面的精密制造與有效應用。然而目前測量大口徑非球面面型的普遍方法——接觸式掃描法和零檢測技術(shù)，由于受到測量范圍、效率、成本的限制，制約了大口徑非球面精密測量的進一步發(fā)展，因此迫切需要一種更快、更精確的測量手段解決上述問題。
　　課題“非球面拼接測量中偏置誤差影響機理與拼接方法研究”的目的是：研究采用子孔徑拼接干涉測量技術(shù)對大口

2、徑非球面面型進行精確測量，著重探討一種實現(xiàn)大口徑非球面面型精確拼接測量的拼接方法，通過分析三方向調(diào)整誤差和拼接定位機構(gòu)的偏置誤差在子孔徑干涉測量中的作用表現(xiàn)形式，完善了非球面的拼接干涉測量模型，提高了單次拼接測量的精度。本課題為大口徑非球面的精密測量提供了一種技術(shù)方案，為最終實現(xiàn)大口徑非球面的高精度拼接測量奠定理論基礎。
　　本文首先基于波前像差理論，分析了三方向調(diào)整誤差對干涉測量非球面影響機理及作用表現(xiàn)形式，結(jié)果表明，三方向調(diào)整

3、誤差使被測非球面波前分布各階分量都發(fā)生變化，不僅包含低階傾斜與二次離焦，而且還產(chǎn)生了三階縱向球差、彗差等高階偏差。因而在利用標準平面波前或球面波前干涉測量非球面時，目前傳統(tǒng)三方向調(diào)整誤差修正拼接法，由于在拼接過程中未修正高階系統(tǒng)像差分量而產(chǎn)生殘余誤差累積，因此不適用于精確測量非球面面型。
　　為實現(xiàn)拼接測量中裝調(diào)誤差的分離，建立了拼接定位機構(gòu)偏置誤差與各運動自由度之間的函數(shù)關(guān)系模型。該模型的建立是以二次曲面為測量對象，通過分析拼接

4、測量定位機構(gòu)的空間復合運動機理，用量化的數(shù)學表達式完整地描述了拼接定位機構(gòu)偏置誤差對干涉測量結(jié)果的影響，該模型為拼接測量非球面的機構(gòu)設計提供一定的理論分析基礎。
　　基于三方向調(diào)整誤差與拼接定位機構(gòu)偏置誤差對干涉測量非球面的作用表現(xiàn)形式，提出了系統(tǒng)像差修正的拼接測量非球面方法和技術(shù)。該方法通過建立系統(tǒng)像差修正模型實現(xiàn)拼接，為實現(xiàn)拼接，采用了求解多元線性回歸方程來獲得拼接系數(shù)，并利用統(tǒng)計分布的方法來評定子孔徑重疊區(qū)的相位擬合精度與系

5、統(tǒng)的拼接精度。仿真與對比實驗表明，利用該拼接測量方法，其子孔徑重疊區(qū)相位擬合精度與系統(tǒng)拼接精度均高于目前傳統(tǒng)的三方向調(diào)整誤差修正拼接測量法。
　　最后，對本文所研究的拼接方法進行了實驗驗證，主要內(nèi)容有：1）平面的拼接測量實驗，拼接結(jié)果與全孔徑測量結(jié)果相比較，其PV值差值小于λ/10， RMS值差值小于λ/50，初步證明了所搭建的實驗系統(tǒng)與開發(fā)的拼接測量軟件的有效性；2）為驗證所提系統(tǒng)像差修正拼接方法的優(yōu)越性，進行了非球面拼接測量對