基于部分零位補(bǔ)償透鏡的非球面通用化檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、非球面光學(xué)元件在各領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。近年來，光學(xué)元件加工技術(shù)發(fā)展迅速，面形加工精度可達(dá)納米量級(jí)，但非球面的高精度通用化檢測(cè)一直是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)的課題。干涉測(cè)量法具有高精度、高靈敏度、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是面形高精度檢測(cè)的常用方法，其中非零位法又可在一定程度上提高測(cè)量通用性。美國、英國、德國及國內(nèi)等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)分別基于不同的非零位檢測(cè)原理，對(duì)非球面的干涉檢測(cè)展開研究。
　　本文在課題組已有的工作基礎(chǔ)上，基于部分零位補(bǔ)償透鏡，研究

2、非球面的通用化檢測(cè)技術(shù)。從理論設(shè)計(jì)、軟件與算法保證和硬件控制等三個(gè)方面進(jìn)行研究和討論，解決非球面通用化檢測(cè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，利用所搭建的檢測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　建立部分零位補(bǔ)償透鏡體系，實(shí)現(xiàn)非球面通用化補(bǔ)償。分析采用非球面波作為入射被測(cè)面的檢測(cè)波相對(duì)于采用球面入射波的優(yōu)勢(shì);通過直接限定正向補(bǔ)償中干涉波前的最大斜率保證條紋可被分辨、以及控制光線由像面逆向映射至被測(cè)面時(shí)二者空間坐標(biāo)一一順序?qū)?yīng)以避免采樣數(shù)據(jù)混淆影響面形重構(gòu)

3、，實(shí)現(xiàn)雙向約束的部分零位補(bǔ)償透鏡優(yōu)化設(shè)計(jì);提出基于雙向約束的補(bǔ)償透鏡通用化檢測(cè)能力分析方法，構(gòu)建和優(yōu)化部分零位補(bǔ)償透鏡體系;建立體系的補(bǔ)償范圍數(shù)據(jù)庫，以少數(shù)補(bǔ)償透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)較大參數(shù)范圍內(nèi)非球面的通用化補(bǔ)償并對(duì)被測(cè)面實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償透鏡的快速匹配。為基于部分零位補(bǔ)償透鏡的非球面通用化檢測(cè)提供理論可行性分析和硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
　　研究非零位檢測(cè)的回程誤差校正算法。介紹回程誤差校正的研究現(xiàn)狀，提出固有回程差和不可預(yù)知回程誤差的劃分概念，從這一角

4、度分析三種常用算法的原理與校正能力;提出雙次追跡法用于轉(zhuǎn)換面形誤差的表征方向、以及面形誤差的中高頻信息恢復(fù)算法，對(duì)重構(gòu)面形誤差進(jìn)行統(tǒng)一表征;研究三種常用回程誤差校正算法的校正能力以及對(duì)被測(cè)面的位姿容差，以指導(dǎo)不同檢測(cè)條件下的校正算法選擇和被測(cè)面位姿精度的控制，從算法層面保證非球面檢測(cè)較高的通用化程度和重構(gòu)面形的理論精度。
　　構(gòu)建通用型非球面檢測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)軟件。實(shí)現(xiàn)脫離商用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的實(shí)際干涉檢測(cè)系統(tǒng)模型仿真，完

5、成干涉波前的回程誤差校正，提出非線性優(yōu)化求解較優(yōu)算法;在同一平臺(tái)構(gòu)建通用型非球面檢測(cè)數(shù)據(jù)處理與檢測(cè)流程控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試軟件，避免多平臺(tái)、多軟件之間的復(fù)雜操作以及依托商用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件時(shí)的高昂成本和程序冗余，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自主通用化處理，為非球面的通用化檢測(cè)提供軟件保障。
　　研究關(guān)鍵元件的位姿誤差控制方法。分析部分零位補(bǔ)償透鏡和非球面誤差對(duì)干涉波前的影響，介紹已有的調(diào)整方法和誤差控制精度;提出基于雙光路成像的元件姿態(tài)誤差控制方法

6、，以及利用數(shù)據(jù)庫匹配和優(yōu)化搜索的非球面定位方法，提高方法通用性和調(diào)整效率，同時(shí)簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為保障檢測(cè)結(jié)果的精度提供通用、高效的硬件控制方法。
　　對(duì)基于部分零位補(bǔ)償透鏡的非球面檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)加工一組部分零位補(bǔ)償透鏡體系，完成對(duì)關(guān)鍵元件的位姿誤差控制、基于部分零位補(bǔ)償透鏡的非球面檢測(cè)以及不同檢測(cè)條件下回程誤差校正算法對(duì)重構(gòu)結(jié)果的影響驗(yàn)證。證明基于部分零位補(bǔ)償透鏡可以實(shí)現(xiàn)非球面的通用化檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果與零位法檢測(cè)結(jié)果