大口徑非球面數(shù)字刀口儀測試技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著非球面光學(xué)元件加工工藝的不斷改進,非球面光學(xué)元件已在航空、航天、天文望遠鏡、軍事、民用等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。光學(xué)檢測和光學(xué)加工一直以來都是光學(xué)工業(yè)發(fā)展的兩大課題,隨著高精度數(shù)控機床等現(xiàn)代非球面加工工藝的發(fā)展,非球面光學(xué)元件的加工精度得到不斷提升,為了適應(yīng)非球面光學(xué)元件的加工現(xiàn)狀,研究工作者發(fā)展了許多非球面光學(xué)元件檢測的新技術(shù)和新方法。
   現(xiàn)有的非球面光學(xué)元件檢測方法主要有干涉法、輪廓法、計算全息法、哈特曼法以及刀口法等

2、,但都存在著各自不同的局限性,沒有完全解決非球面光學(xué)元件面形檢測問題。本論文在綜合分析各種非球面光學(xué)元件面形測量方法的基礎(chǔ)上,著重研究了數(shù)字化刀口儀對大口徑非球面光學(xué)元件的面形進行定量檢測技術(shù)和方法。
   刀口儀具有靈敏度高、直觀性強、操作方便、簡單靈活、成本低、環(huán)境適用性強等特點,非常適合檢驗大口徑長焦距光學(xué)元件的面形。數(shù)字刀口儀具有刀口儀的優(yōu)點,并結(jié)合計算機技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)對刀口儀進行數(shù)字化,是非球面光學(xué)元件面形檢

3、測的發(fā)展方向之一。
   本論文研究大口徑非球面光學(xué)元件面形的數(shù)字刀口儀定量檢測技術(shù)和檢測方法,通過理論分析和實驗研究解決了以下關(guān)鍵問題。
   ①根據(jù)刀口檢驗原理,構(gòu)建了數(shù)字刀口儀光學(xué)元件面形檢測裝置。研究和介紹了數(shù)字刀口儀光路、結(jié)構(gòu)以及軟件等實現(xiàn)方法和設(shè)計方案,具體內(nèi)容包括數(shù)字刀口儀光源設(shè)計和光源的結(jié)構(gòu)安排、刀口結(jié)構(gòu)設(shè)計以及三維移動平臺的設(shè)計、圖像接收器件CCD的選擇以及性能分析、刀口定量分析計算軟件設(shè)計以及軟件流程

4、等。
   ②研究了數(shù)字刀口儀定量計算的理論基礎(chǔ)。建立了刀口切割光斑過程中,灰度值變化的數(shù)學(xué)模型,并依據(jù)該數(shù)學(xué)規(guī)律建立了數(shù)據(jù)擬合的幾何模型。分別用函數(shù)逼近、最小二乘法、分割數(shù)據(jù)法等數(shù)據(jù)擬合方法對CCD像面上的每一個像素的灰度變化規(guī)律進行擬合,得到暗閾值對應(yīng)的刀口位置,從而得到了被測光學(xué)元件表面由于面形差造成的自準(zhǔn)直光線偏離理想焦點位置的偏離值,這是實現(xiàn)數(shù)字刀口儀光學(xué)元件面形定量檢測的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。其中,分割數(shù)據(jù)法進行擬合具有運算量

5、小、精度高等優(yōu)點,降低了數(shù)字刀口儀處理軟件的運算復(fù)雜度和時間復(fù)雜度。
   ③利用VC++環(huán)境開發(fā)了數(shù)字刀口儀定量計算分析軟件,該軟件可對刀口切割過程進行控制,具有圖像采集、處理和存儲功能,最后根據(jù)刀口切割過程中CCD像素上每一個灰度值的變化規(guī)律,進行數(shù)據(jù)分析、擬合和計算,實現(xiàn)了被測光學(xué)元件的面形重構(gòu),計算出被測光學(xué)元件的PV值和R_MS值,同時繪制出被測光學(xué)元件的二維和三維面形圖。此外,軟件還具有圖像回放功能,可對切割過程中灰

6、度變化的情況進行回放,從而能夠更直觀的觀察被測光學(xué)元件的面形變化情況。
   ④利用數(shù)字刀口儀光學(xué)元件面形檢測裝置對大口徑長焦距的球面、拋物面等光學(xué)元件的面形進行了定量檢測,給出了檢測結(jié)果。同時,將數(shù)字刀口儀測量結(jié)果與干涉儀測量結(jié)果相比較,測量結(jié)果的一致性為0.0μm,從而證明了本課題研制的數(shù)字刀口儀的正確性和有效性。
   ⑤對數(shù)字刀口儀面形定量檢測的結(jié)果進行了詳細的不確定度分析,給出提高測量精度的主要技術(shù)。
 

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