大口径非球面子孔径拼接测量技术研究

【摘要】随着现代光学技术的发展,大口径光学系统在天文光学、空间探索和激光惯性约束核聚变(ICF)等领域得到了越来越广泛的应用。大口径非球面光学元件是大口径光学系统中的一个关键部件,其原因在于大口径非球面具有能扩大视场、提高空间分辨率、降低系统复杂性以及增大信号能量等优良特性。但是非球面光学元件的加工精度受到其面形误差检测精度的限制,因此大口径非球面的检测意义尤为重大,其已经成为制约大口径非球面元件广泛应用的关键因素之一。本课题针对大口径抛物镜面形误差检测,提出一种基于无像差点的子孔径拼接干涉检测方法。该方法无需大口径的参考平面镜,并且减少了子孔径移动过程中的运动自由度,降低了子孔径名义运动路径计算和子孔径定位的难度。同时具有增大垂直测量范围和提高横向分辨率的优点。本课题的研究工作主要为以下几个方面：首先,介绍了子孔径拼接干涉检测原理,探讨了现有的环形和圆形子孔径拼接方法。环形子孔径拼接只扩展了干涉仪的纵向动态范围,圆形子孔径拼接检测装置的调整和校准较为复杂和困难。因此根据现有拼接方法的不足确定了本课题提出的拼接方案。根据提出的拼接方案,重点讲解了子孔径名义运动路径的计算方式；子孔径离散数据点物空间全局坐标的求解方法；两两拼接和局部均化误差拼接算法的原理及优缺点,并根据分析确定了基于权重系数的目标函数全局优化拼接算法。其次,通过matlab模拟实验对目标函数全局优化拼接算法的精度和重复性进行了仿真验证,并编写实现全局优化拼接的程序；然后对本课题提出的拼接方案的可行性进行模拟验证,并编写其程序。通过对拼接仿真结果进行比较分析,结果显示基于目标函数的全局优化拼接算法和本课题提出的拼接方案都具有非常好的精度及可行性。最后,利用实验室ZYGO干涉仪及局部改造后的五维调整架,对150mm口径抛物面进行子孔径拼接面形误差检测实验。并对实验难点以及实际拼接实验过程中的误差进行了分析。
【作者】杨皓聿；
【导师】田爱玲；
【作者基本信息】西安工业大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】光学面形检测；子孔径拼接；全局优化拼接算法；大口径抛物面；拼接误差；

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