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)中起支撐作用的關鍵部件，對大口徑非球面面型的精確測量則直接關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，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，通過分析三方向調整誤差和拼接定位機構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，分析了三方向調整誤差對干涉測量非球面影響機理及作用表現(xiàn)形式，結果表明，三方向調整

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)拼接測量中裝調誤差的分離，建立了拼接定位機構偏置誤差與各運動自由度之間的函數(shù)關系模型。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偏置誤差對干涉測量結果的影響，該模型為拼接測量非球面的機構設計提供一定的理論分析基礎。
　　基于三方向調整誤差與拼接定位機構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。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，主要內容有：1）平面的拼接測量實驗，拼接結果與全孔徑測量結果相比較，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