非球面拼接測(cè)量中偏置誤差作用機(jī)理與拼接方法研究.pdf

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

2、徑非球面面型進(jìn)行精確測(cè)量，著重探討一種實(shí)現(xiàn)大口徑非球面面型精確拼接測(cè)量的拼接方法，通過(guò)分析三方向調(diào)整誤差和拼接定位機(jī)構(gòu)的偏置誤差在子孔徑干涉測(cè)量中的作用表現(xiàn)形式，完善了非球面的拼接干涉測(cè)量模型，提高了單次拼接測(cè)量的精度。本課題為大口徑非球面的精密測(cè)量提供了一種技術(shù)方案，為最終實(shí)現(xiàn)大口徑非球面的高精度拼接測(cè)量奠定理論基礎(chǔ)。
　　本文首先基于波前像差理論，分析了三方向調(diào)整誤差對(duì)干涉測(cè)量非球面影響機(jī)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)平面波前或球面波前干涉測(cè)量非球面時(shí)，目前傳統(tǒng)三方向調(diào)整誤差修正拼接法，由于在拼接過(guò)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(cè)量非球面面型。
　　為實(shí)現(xiàn)拼接測(cè)量中裝調(diào)誤差的分離，建立了拼接定位機(jī)構(gòu)偏置誤差與各運(yùn)動(dòng)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(cè)量對(duì)象，通過(guò)分析拼接

4、測(cè)量定位機(jī)構(gòu)的空間復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)理，用量化的數(shù)學(xué)表達(dá)式完整地描述了拼接定位機(jī)構(gòu)偏置誤差對(duì)干涉測(cè)量結(jié)果的影響，該模型為拼接測(cè)量非球面的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的理論分析基礎(chǔ)。
　　基于三方向調(diào)整誤差與拼接定位機(jī)構(gòu)偏置誤差對(duì)干涉測(cè)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(cè)量非球面方法和技術(shù)。該方法通過(guò)建立系統(tǒng)像差修正模型實(shí)現(xiàn)拼接，為實(shí)現(xiàn)拼接，采用了求解多元線性回歸方程來(lái)獲得拼接系數(shù)，并利用統(tǒng)計(jì)分布的方法來(lái)評(píng)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(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，利用該拼接測(cè)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(cè)量法。
　　最后，對(duì)本文所研究的拼接方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要內(nèi)容有：1）平面的拼接測(cè)量實(shí)驗(yàn)，拼接結(jié)果與全孔徑測(cè)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)的拼接測(cè)量軟件的有效性；2）為驗(yàn)證所提系統(tǒng)像差修正拼接方法的優(yōu)越性，進(jìn)行了非球面拼接測(cè)量對(duì)