郭红卫[1]2001年在《多孔径拼接技术实现360°面形测量》文中指出本文主要研究360°叁维形貌的光学测量及其相关技术。 本文选择LCD投影机作为光栅投影设备，构建了以光栅投射技术为原理的多视角测量系统。为了利用该系统实现了360°叁维形体的测量与重建，并且确保获得高精度的测量结果，本文对相关技术进行了深入研究。在此基础上，提出了以下新技术： (1) 光栅投射测量系统的快速标定技术 该技术通过平移实物参考面，测得其上位相分布，利用其位移距离与位相增量之间的关系，以最小二乘方法计算位相差与物面深度之间的映射关系。该技术具有原理简单、精度高、操作灵活方便、效率较高的特点。更重要的是，该技术有利于突破光栅投射技术的精度“瓶颈”，对光栅投射技术的发展起到积极的推动作用。 (2) 理想参考面技术 该技术利用理论参考面位相分布规律，对实物参考面的实测位相进行最小二乘拟合，从而获得理想参考面位相分布。该技术兼有理论参考面方法与实物参考面方法的优点。利用该技术，可以基本消除实物参考面的局部面形误差、条纹图像的量化误差以及图像噪声对参考面位相分布测量结果的影响，并且在一定范围内实现了利用小实物参考面测量大尺寸面形。理想参考面技术，以相对低廉的成本，使烦扰光栅投射技术精度保证的主要误差因素之一得以消除，促进了光栅2001年上海大学博士学位论文投射技术对更高精度的追求。 (3)相移倾斜误差不敏感算法 由相移器的导向误差引起的相移倾斜误差是相移误差的重要组成部分。本文提出了相移倾斜误差不敏感算法，通过交替求解位相分布与相移平面参数的最小二乘解的迭代过程来逐次提高求解精度，并最终消除包括平移误差和倾斜误差在内的全部相移误差，获得精确的位相重建结果。该算法首次将相移倾斜误差纳人相移技术研究视野，是对最小二乘相移算法和最小二乘相移迭代算法的新的发展。该算法可以用于相移干涉术和相移光栅投射技术，在提高测量精度的同时，亦使测量系统对相移装置的精度要求大为降低，具有良好的实用性。 (4)圆柱坐标下多孔径拼接技术的迭代方法 多孔径拼接技术的基本思想是，使相邻子孔径部分重迭，利用重迭区域面形信息建立其间相对空间位置关系，据此利用坐标变换将各子孔径面形统一于同一坐标系下。本文针对360“叁维测量，提出了圆柱坐标下多孔径拼接技术的迭代方法。该方法之核心，首先在于对圆柱坐标下形式复杂的坐标变换方程进行线性简化，以改善其可计算性;其次在于确定叁维测量中实现多孔径拼接应遵循的基本条件准则，并据此提出了交替进行误差运动求解与坐标变换操作的迭代方法。该方法成功地将多孔径拼接技术由干涉测量推广至叁维测量领域，为360。叁维测量提供了一种低成本的主要基于软件处理的并起到全局标定作用的全新的技术。 这些技术从不同方向为实现360。测量提供了支持，有利于提高测量精度，减小测量成本，节约测量时间。实验表明， 多孔径拼接技术实现3印“面形侧量利用本文所构建的360。测量系统，在上述新技术支持下，可以成功地实现360“叁维形体的测量与重建。与见诸文献的现有技术相比，其精度提高了l至2个数量级，同时亦保证了良好测量重复性。并且，完成一次360“叁维测量仅需20分钟左右的时间。
彭军政[2]2014年在《圆柱度误差干涉拼接测量中的关键技术研究》文中研究说明本文主要研究圆柱度误差干涉拼接测量及其相关技术。本文选择计算全息片(Computer Generated Hologram, CGH)作为柱面波转换器,构建了基于CGH的柱面干涉拼接测量系统。为了利用该测量系统实现大孔径柱面镜、360度圆柱体的面形轮廓误差的测量,并且获得高精度、高分辨率的测量结果,本文对相关技术进行了深入研究,并依此提出了以下新技术：(1)柱面零位干涉测量中的失调像差分离技术该技术首先对柱面干涉测量中可能存在的失调误差进行分析,然后利用一阶近似原理,推导出一数学模型,用于描述失调像差和失调误差之间的关系。利用这一数学模型,可通过最小二乘的方法拟合柱面干涉测量数据,获得被测柱面可能存在的失调像差。以此为基础,从测量结果中减去失调像差,即可获得被测柱面的真实面形误差分布。与现有的方法比较,所提方法既能去除柱面干涉检测中的失调像差,也能估算出被测柱面偏离零位位置的失调量。(2)非零条纹下的高阶失调像差补偿技术当被测柱面面形轮廓起伏比较大,或者被测柱面的失调误差量比较大时,干涉测量柱面将会获得非零条纹图,这会导致测量结果含有由于失调误差引起的高阶像差(如慧差、球差)。本文采用正交Legendre多项式对高阶失调像差的来源及类型进行分析,根据分析结果,提出计算高阶失调像差的数学模型。随后,为了获取这一模型的系数,本文进一步提出了基于波前差的标定方法,利用标定系数,可以确定并分离柱面干涉测量中的高阶失调像差。与仅消除低阶失调像差比较,本文所提方法能够将高阶失调像差对测量结果的影响降低至少一倍,为获得高精度的结果提供保证。(3)大孔径角柱面镜的干涉拼接测量方法拼接干涉测量术由于能够拓宽商用干涉仪的测量范围,受到越来越多人的关注。然而,与平面、球面及非球面干涉测量比较,柱面干涉检测中的失调像差更复杂,因此,现有的拼接干涉算法不能用于测量大孔径角的柱面镜。本文提出一种适用于检测大孔径角柱面镜的干涉拼接算法,这种算法利用五个像差(即常数、倾斜、俯仰、离焦、扭转)描述柱面干涉测量中可能存在的失调像差,并以此为基础建立柱面拼接模型。通过这个拼接模型,可以根据重迭区的信息计算出相邻子孔径间的相对失调像差。随后,根据所求得相对失调像差,对每个子孔径数据进行像差补偿即可获得被测柱面的全口径面形分布。(4)360度圆柱体的干涉拼接测量方法受CGH的F/数限制,高精度圆柱体的360度面形轮廓误差不能够通过一次测量获取。为此,本文提出了一种用于测量圆柱体的360度轮廓误差的干涉拼接算法,这种算法通过干涉测量系统对360度圆柱体面形分块采集一系列子孔径面形,相邻子孔径间具有局部重迭区域,随后定义一个全局坐标,将子孔径的局部坐标数据变换到全局坐标,并借助圆柱坐标系下的坐标变换方法计算出相邻子孔径间的相对位置参数。根据所求的参数,能够将多孔径测量数据拼接获得360度面形轮廓误差。上述这些技术为实现圆柱度误差干涉拼接测量提供了支持,有利于拓宽干涉拼接测量的应用范围,获得高精度、高分辨率的结果。实验表明,利用本文所构建的柱面干涉拼接测量系统,在上述新技术的支持下,可以实现大孔径角柱面镜的面形轮廓误差、高精度圆柱体的360度轮廓误差的测量,并获取圆柱度误差。与现有的技术相比,所用测量方法具有非接触性,能够提供高精度、高分辨率的测量结果。
郑鹏[3]2009年在《面阵传感圆柱度非接触测量方法及评定技术研究》文中进行了进一步梳理圆柱度误差是精密轴系零件重要的精度指标之一。精确地测量和评定圆柱度误差不仅为轴类零件的验收提供依据,而且为轴类零件加工精度和装配精度的提高提供可靠的保证。现有的圆柱度误差测量方法中存在随意性大、轴向采样不足、认证不规范等问题。因此,亟需研究高效的、高精度的、符合新一代产品几何技术规范(简称GPS)的测量方法和评定技术。本文利用面阵传感方式结合多孔径拼接技术实现圆柱度误差的非接触测量,并基于GPS操作技术实现圆柱度误差的规范化评定。构建相应的测量系统及开发数字化评定软件,为圆柱度误差的测量和评定提供了一个有效、可行的新方法。本文对相关技术进行了深入研究,在以下几个方面取得了有价值的研究成果。1、现行圆柱度误差测量方法分析及其问题在对ISO/GPS采样规范分析的基础上,通过采用典型圆柱度测量仪器对零件圆柱度进行实测,探讨了现行圆柱度测量方法中存在的局限性和问题。指出现行测量方案多采用圆周轮廓法进行采样,其实质是基于圆度误差测量原理的近似测量。由于受测量仪器自身接触式点位传感方式的限制,在实际测量中,截面个数过少导致轴向信息采样明显不足,从而引起评定结果的不可靠性和不确定性,易导致零件检验的误判。本文依据实测结果和对ISO/TS12180-2规范的深入研究,提出了圆柱度测量采样面密度和采样频率的概念,计算机模拟分析表明实现圆柱度精确测量和评定的关键是提高轴向采样频率。为此,需要探寻新的测量方法和应用技术以实现圆柱度的精密测量。2、提出面阵传感圆柱度测量新方法,构建新型圆柱度测量系统该圆柱度测量新方法采用多孔径重迭扫描原理,以数字光栅条纹投射技术作为面阵传感方式,获取各个单视角面形的精确数据,利用多孔径拼接信息融合技术,将各个单视角面形统一于同一坐标系下,从而实现完整柱面的面形测量。新的测量方法具有高精度、非接触、全场的优点。相对现有测量方法,新方法在很大程度上提高了测量的采样面密度和轴向采样频率,从而为圆柱度评定提供完整的、丰富的面形数据。本文选择DLP数字投影机作为光栅投射设备,面阵CCD作为数字图像记录设备,构建了以数字光栅条纹投射技术为原理的多视角测量装置,同时开发相应的配套测量软件,从而为圆柱度测量提供了一套较为完备的新型测量系统。3、提出系统标定新策略及误差校正新技术数字光栅条纹投射技术中,系统标定是实现精确测量的关键。本文深入分析了测量系统的结构及几何关系,建立了标定映射关系的精确表达式,通过对参考平面的测量,同时实现相位/深度的纵向标定和横向标定,从而获取系统标定特征参量。在标定过程中,本文提出了改进的Harris角点提取方法,以获取标定平板特征角点的亚像素级图像坐标值;针对CCD的成像畸变,本文提出采用基于BP神经网络的修正法对参考平面的横向坐标进行误差补偿。测量系统的误差分析是保证测量精度的前提。本文提出了一种投射系统非线性自适应校正方法,利用N阶多项式拟合代替传统的单一伽玛参数表示系统的非线性关系,实现了系统非线性影响的有效抑制。为进一步提高测量系统的精度,本文提出了标准平面实测法分析系统误差,并构建了系统误差校正数学模型,实现了系统误差的有效补偿。4、基于四元数法实现多孔径拼接技术多孔径拼接技术的基本思想是利用相邻视角重迭区域面形信息建立相对空间位置关系,并利用坐标变换将多视角面形统一于同一坐标系下。因此,坐标变换是实现拼接的关键环节。原有多孔径拼接算法在求解过程中采用传统矩阵法进行坐标变换,并且拼接模型和坐标变换操作分别建立在圆柱坐标系和笛卡尔坐标系下,导致计算较为繁琐。为改善原有拼接算法的可计算性以满足圆柱度测量精度和效率的要求,本文在原有拼接算法的基础上,提出了基于四元数法的拼接方法。该方法采用四元数法代替传统矩阵法进行坐标变换,并将拼接模型和坐标变换操作均统一在笛卡尔坐标系下。在此基础上,利用改进的迭代算法交替进行误差运动求解和坐标变换操作,从而在保证精确求解误差运动的前提下实现拼接。5、基于GPS规范提出面阵传感测量的圆柱度评定技术本文基于新一代GPS操作算子技术,结合面阵传感圆柱度拼接测量方法,构建了圆柱度检验算子的具体应用实施步骤,包括分离、提取、滤波、拟合和评估操作。其中,针对滤波操作,本文提出了一种基于叁次曲面拟合的非均匀采样加权平均滤波器,可以在进行滤波操作的基础上实现数据的均匀提取。基于以上操作过程的规范和优化,有效地确保了圆柱度误差评定的精确性和可靠性。针对面阵传感测量的面形数据特点,本文提出了圆柱度评定的面形误差等高图C-map、PV值、RMS值叁个新参量。新参量的提出和应用有助于分析和改善加工工艺,是对现有圆柱度评定指标的有益补充。同时,本文依据测量不确定度理论和GPS不确定度判定准则,推导出了圆柱度测量不确定度的估计公式,实例应用表明,提出的圆柱度测量不确定度估计,保证了圆柱度评定结果的完整性和有效性。
郑鹏, 张琳娜, 陈明仪, 郭红卫[4]2011年在《基于面阵传感技术的圆柱度测量新方法》文中研究指明针对现行圆柱度测量方法的局限性和存在的问题,提出一种基于面阵传感技术的圆柱度测量新方法———多孔径重迭扫描拼接测量。该方法以数字光栅条纹投射技术为单视角测量手段,利用多孔径重迭扫描拼接技术实现各个单视角面形数据的精确融合拼接,从而获得零件的整个圆柱表面的面阵数据。文中给出圆柱度扫描拼接测量原理、拼接模型及算法,并通过对样品轴实测证明该方法的准确性和可行性。该方法具有非接触、高效、全场的特点,且能够满足新一代GPS(geometrical product specifications,产品几何技术规范)标准的采样要求,从而为圆柱度的精确评定提供可靠的数据信息。
何海涛[5]2005年在《复杂面形的光学叁维测量相关技术研究》文中认为逆向工程技术是随着计算机技术的发展和成熟以及数据测量技术的进步而迅速发展起来的一门新兴学科与技术。它的出现,改变了原来CAD系统中从图纸到实物的设计模式,为产品的迅速开发以及快速原型化设计提供了一条新的途径。样件的叁维数据获取是逆向工程第一步,从已知的采样数据点出发,才能实现复杂曲面的建模、改进、制造。 本文依托上海市光科技专项课题“先进制造中的光学叁维传感与重建系统研制”,以条纹投射测量系统在逆向工程中的应用为着眼点,主要研究复杂面形的光学测量及其相关技术,为逆向工程提供一个高效、高精度的物体面形数据采集方法。 本文选择DLP投影机作为条纹投射设备,CCD摄像机作为条纹图像记录设备,构建了以条纹投射技术为原理的多视角测量系统,并研制出具有自主知识产权的仪器装置和配套测量软件,利用该测量系统实现了复杂面形的叁维测量。为实现以上目的,本文对相关技术进行了研究。 1、单视角测量的相位分割技术 本文综合分析了包裹相位的解包裹技术,表明变频条纹投射结合时域相位解包裹技术是解决相位不连续,含有噪声点的相位解包裹最有效的方法。由于零件的几何结构,如不连续台阶、含有孔、洞的曲面等复杂面形,以及条纹投射时局部镜面反射,遮挡造成的阴影,暗背景等情况,单视角测量时部分区域不可测,即该区域测得的数据是不可靠的。为剔除这类无效数据,本文提出了采用基于调制度阈值自动分割技术,和改进的基于调制度——背景共生矩阵模型的最大熵处理方法,通过计算调制度——背景共生矩阵的二维阈值,指导相位分割,自动识别物体轮廓有效测量区域。单视角缺损的一些数据可以通过改变测量视角和曲面拼接技术来恢复。 2、条纹投射系统标定技术 传统的条纹投射测量系统必须满足一定的约束条件,因此存在系统标定可操作性不强,耗时且精度不易保证的问题。本文对测量系统的一般几何设置情况作了详细的推导与分析,提出了一种标定新方法:引入摄像机横向标定技术,采用基于神经网络的修正方法对参考平面的横向坐标进行误差补偿,获得标定参考面图像对应像素的精确横向坐标分布;为此,选用专门设计的标定面板——黑白相间的方形格,亚像素级提取方格顶点为特征控制点,用于摄像机标定;取板上白色方格区域的相位数据对标定板平面的相位分布作最小二乘拟合,获得整个像面的连续理论相位分布,进而得到叁维坐标与图像像素的映射关系。该技术使得标定过程大大简化,可同时进行相位——深度标定和横向坐标标定,提高了标定的可操作性和检测精度。 3、基于虚拟圆柱的多视角拼接技术 多视角拼接技术的基本思想是:使相邻子视角部分重迭,利用重迭区域面形信息建立其相对空间位置关系,据此利用坐标变换将多视角面形统一于同一坐标系下。圆柱坐标下多孔径扫描拼接技术的迭代算法,解决了叁维物体特别是回转物体面形的拼接测量,其关键在于坐标变换方程的线性简化,以及误差求解与坐标变换的迭代操作,保证了误差求解的精确性。然而,圆柱坐标下的多孔径扫描拼接方法针对复杂面形,例如凹面形状,由多个曲面片构成的非G~1连续曲面等面形的拼接测量遇到了困难。为了突破以上限制,本文提出了基于虚拟圆柱的拼接方法。根据被测面形不同视角的重迭区的几何特征,构造虚拟圆柱,使得其局部面形的近似回转轴与虚拟圆柱的轴线重合,将原圆柱坐标系平移到一个新的位置——移动后的z轴与虚拟圆柱的轴线重合,于是圆柱坐标下的多视角拼接算法在这
田超[6]2013年在《非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术与系统研究》文中指出随着光学工程学科的不断发展,非球面光学元件越来越多地应用到国民经济的各个方面。然而,在设计、加工、检测和装调等各个环节之中,非球面面形的高精度检测已经成为制约其应用的最主要因素。本文研究了可用于深度非球面和非球面波前高精度检测的非零位环形子孔径拼接干涉(非零位ASSI)检测技术和系统。提出了利用非球面波前拼接检测非球面的ASSI技术。其基本原理是在Twyman Green干涉系统中,利用补偿系统(PCS)出射的非球面波前部分补偿被测非球面,通过轴向移动非球面,实现不同环带的拼接检测。为了进行系统仿真,提出了基于光学设计软件或自编光线追迹的系统仿真方法。系统中,被测非球面环形子孔径的边界和重迭区可以利用像面波前斜率的方法确定。实验采集的多帧移相干涉图,可以利用经典的移相算法进行位相解调,并自动确定有效孔径；采集的单帧闭环条纹干涉图,可以利用提出的路径无关相位跟踪(PIRPT)或多项式相位拟合(PPF)算法进行位相解调。解调位相可以利用Zernike多项式进行正交波前分解。研究了非零位ASSI系统原理误差(即回程误差)校正和子孔径拼接问题。提出了系统的传递函数模型,揭示了系统回程误差校正的实质,即逆问题求解。提出了多孔径逆向优化(ROR)和理论参考波前(TRW)两种回程误差校正算法。前者的基本思想是非线性优化,后者的基本思想则是波前的加减。对于校正回程误差后的各独立子孔径数据,可以利用拼接算法重构被测非球面的完整面形。误差分析表明,多孔径ROR和TRW算法理论误差的峰谷(PV)值分别优于λ/1000和λ/20,拼接算法误差的PV值优于λ/1000。研究了非零位ASSI系统中的关键性误差。分析了除上述回程误差和软件误差外的四种硬件误差,分别是PCS的1)模型误差和2)对准误差；非球面的3)定位误差和4)对准误差。1)提出了PCS模型误差的校准指标,即折射率误差小于e-5、厚度误差小于5μm)曲率半径相对误差小于0.005%；2)提出了基于辅助平板和辅助球面的PCS对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±10"和±6μm内；3)提出了基于组合消球差镜或像面波前离焦量的非球面定位方法,可以将其定位误差控制在±6μm内；4)提出了基于像面波前倾斜和慧差的非球面对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±2"和±5μm内。实验验证了非零位ASSI技术的正确性和系统的检测精度。利用非零位ASSI系统对3块抛物非球面(其中2块与顶点球最大偏离56.5μm,另1块最大偏离9.0μn)进行了子孔径拼接和无拼接检测实验。其检测结果与无像差点法和Zygo公司Verifire干涉仪检测结果一致,PV值偏差小于λ/10,均方根(RMS)值偏差小于λ/50。这证明ASSI系统具有较高的检测精度、较强的检测能力和较大的动态检测范围。本文以理论和实验并重,重点研究了非零位ASSI系统中的理论基础和主要误差问题,并进行了实验验证。考虑到日益增长的非球面应用范围,非零位ASSI检测系统潜存着巨大的经济效益,将有力推动我国乃至世界非球面面形检测技术的发展。
郭红卫, 陈明仪[7]2000年在《圆柱坐标下多孔径扫描拼接技术的迭代方法》文中研究指明从理论上提出了圆柱坐标下多孔径扫描拼接技术的迭代方法 ,并通过计算机模拟验证了其收敛性及精确性 ,证明这种算法对解决 36 0°面形测量问题具有重要的意义。
陈中钱[8]2013年在《平面子孔径拼接的干涉测量研究》文中认为子孔径拼接测量技术拓展了干涉仪的横向和纵向测量范围,能够以低成本、高分辨率检测大口径光学元件。本文首先研究了子孔径拼接技术,包括子孔径拼接原理、分类和子孔径定位。其次在均化误差思想的基础上,研究自由拼接技术,使任意相连的子孔径能够实现自由拼接。同时编写程序,并通过模拟来验证自由拼接技术的可行性,经验证,在只考虑拼接算法误差的情况下,该算法精度优于10-11,并人为地加入不同的误差,查看各种情况下的拼接精度。第叁,搭建实验平台、完善子孔径测量实验的硬件,实现各子孔径波前数据的获取,并实现子孔径的自由拼接实验。第四,分析实验中自由拼接技术的拼接精度和误差,判断重复性测量实验中是否含有粗大误差,通过叁面互检技术消除标准镜的系统误差。
闫锋涛[9]2014年在《大口径凸非球面镜拼接测试技术研究》文中研究指明大口径光学元件是现代大型光学系统必要的组成部分，随着光学加工和检测技术的不断发展，以非球面镜为关键部件的大型光学系统在天文、空间光学等领域得到了愈来愈广泛的应用。大口径非球面高精度检测是先进光学制造领域的前沿课题，而大口径凸非球面的检测面临着更大的挑战。本论文研究工作的主要内容是的基于无像差点法的凸非球面镜拼接测试技术，是一种只需小口径反射球面镜为辅助元件，通过子孔径拼接方式检测大口镜凸非球面镜，该测试技术可降低检测成本，测试结果可以与其他常用检测方法的结果进行比较，确保检测的可靠性。本论文研究工作的主要任务是要有效解决基于无像差法的凸非球面镜拼接测试技术的关键理论和技术问题，发展一种检测大口径凸非球面镜的方法。论文的研究工作包括以下几个部分。1.对凸非球面镜的检测技术的国内外现状进行了充分调研，并进行归纳分类，同时对子孔径拼接技术的发展也进行了调研。在此基础上讨论了基于无像差点法大口径凸非球面镜的拼接测试原理，基于现代大型望远镜的次镜以凸双曲镜为主，着重讨论了基于Hindle法的凸双曲面镜拼接测试技术的实验组成及具体工作过程，提出检测大口径凸双曲面镜测试实施方案，并对其中所涉及的关键问题和技术难点进行了分析。2.子孔径拼接算法是该测试技术的最终实现方法，对基于Zernike多项式的和离散相位值的两种具有代表性的拼接算法进行了研究。基于Zernike多项式拟合的方法，从统计学和误差理论等角度入手研究了基于Zernike多项式拟合拼接基本问题，阐述了稀疏子孔径采样法在大口径器件抛光过程中的检测及数据处理方法。基于离散相位值的方法，发展了基于矩阵技术的拼接算法，提出了基于重迭子孔径拼接测量本身的相对拼接精度。对上述两种算法进行了数值仿真验证和灵敏度分析。3.根据几何光学原理及子孔径拼接测试过程中算法精度要求，对子孔径区域的划分模型和辅助反射球面镜的参数的关系进行详细的讨论，建立了子孔径划分模型，并给出了精确计算基于Hindle法的凸双曲面镜拼接测试中最优辅助球面镜参数计算理论公式。4.对一口径150mm的凸双曲面镜进行了稀疏子孔径采样拼接，单环带子孔径拼接和双环带子孔径拼接测量实验。稀疏子孔径采样拼接重构出的全口径面形与背部球面工艺法检测结果相比，随着稀疏子孔径覆盖率的增加，两者测试面形趋于一致。单环带子孔径拼接测量和双环带子孔径拼接测量结果与背部球面工艺法及QED干涉仪测量得到的全口径面形进行了对比，结果显示测量面形一致。5.对子孔径拼接测量实验过程中影响测试精度的主要误差源进行了归纳和分类，着重讨论了波前畸变误差、成像畸变误差、重迭区域对准误差以及测量原理性误差，并提出了标校此类误差的方法。6.根据凸双曲面镜参数与前后焦距的关系，提出使用激光跟踪仪测量空间点位置坐标，通过计算求得凸双曲面镜参数的方法。并使用该测量方法测量了口径150mm的凸双曲面镜的参数，测量结果显示，该测量方法相对精度高，测量结果稳定。7.提出旋转平均法和Zernike多项式拟合的方法对干涉仪参考面面形误差进行标定，得到全口径绝对拼接面形误差分布。使用提出的方法分别对口径278mm和80mm的凸球面镜进行了拼接测试，测量结果分别与QED干涉仪测量结果和双球面法检测结果进行对比，结果显示不同测量方法得到的面形吻合。
贾立德[10]2008年在《光学非球面坐标测量关键技术研究》文中指出非球面光学零件具有校正像差、改善像质、扩大视场和增大作用距离的优点,同时还能够减轻系统重量、减小占用空间,因此在现代光学系统中得到了广泛应用。随着光学系统性能要求的不断提高,对非球面光学零件口径、相对口径、加工精度、轻量化程度、加工效率和生产成本等方面都提出了更高要求。坐标测量技术作为光学非球面研磨与抛光前期阶段面形误差的主要检测手段,是决定非球面加工效率的关键因素。目前,坐标测量技术在解决大口径、大相对口径和高陡度非球面镜的检测方面仍有一些问题需要解决,例如测量精度与效率较低、镜面的高陡度特征给测量带来一定困难等,这些问题的存在严重影响了光学非球面的加工精度和效率。本论文研究工作的主要任务就是要有效解决坐标测量技术目前存在的问题,使坐标测量技术得以完善,提高我国非球面光学零件的加工检测能力。论文的研究工作包括以下几个部分：1.针对大口径非球面的检测问题,研究了直角坐标测量方法的基本原理、精度分析与建模。系统分析了直角坐标测量系统的关键部件——长气浮导轨6自由度误差对测量结果的影响模型,并据此开发了高精度测量实验系统。针对其中长气浮导轨直线度误差的高精度测量问题,建立了使用短基准的高精度测量方法,分析研究了测量过程中测量误差、采样频率、重迭区域长度等因素对测量精度的影响规律,实现了导轨直线度误差的高精度测量与校正。最后对口径500mm、相对口径1：3的抛物面镜进行了测量实验。2.针对大口径、大相对口径非球面镜的检测问题,分析仿真了摆臂式测量方法的基本测量原理。建立了测量臂的挠性变形、回转轴系的跳动误差等因素对测量精度的影响模型,并开发了摆臂式测量实验系统。通过对测量原理的深入研究,利用被测非球面名义面形与测量数据建立了测量参考球面半径优化算法,在获得非球面面形误差的同时以较高精度得到了被测非球面顶点曲率半径的最优估计值。最后对口径500mm、相对口径1：1的深型镜面进行了测量实验。3.针对高陡度非球面的检测问题,提出了基于多段拼接的高陡度光学非球面坐标测量方法。建立了基于多段拼接的高陡度光学非球面坐标测量方法的数学模型。分析仿真了重迭区域二次采样点匹配误差对测量结果的影响规律。针对重迭区域二次采样点匹配误差对测量精度具有较大影响的问题,提出了基于向量空间压缩映射原理的迭代收敛算法。分析研究了工件面形轮廓的自动划分方法并在Matlab下对测量算法进行了仿真。通过对现有测量系统的改进,建立了高精度的测量实验系统,并对口径120mm,长径比1.2的加工样件进行了测量实验。4.分析建立了测量系统与被测工件之间相对位姿误差的数学模型,并在Matlab下进行了仿真分析。利用模型参数估计的方法,建立了截线测量位姿误差的优化分离算法,消除了测量过程中位姿误差等因素的影响,提高了测量结果的精度。在此基础上,建立了以截线测量结果为基础,综合截线位姿误差优化参数以及各截线相互平移量为参数的叁维面形优化方法,得到了合理的叁维面形误差分布结果,为CCOS的局部修形提供了可靠的测量数据。5.分析研究了直角坐标测量和高陡度非球面测量过程中测量力对接触式测头测量不确定度的影响模型；分析研究了摆臂式测量过程中扫描速度对测量不确定度的影响；对实际测量过程中的温度、振动等环境误差因素对测量不确定度的影响进行了分析实测。在综合上述分析结果的基础上,对测量结果的合成标准不确定度进行了估算。最后,作为一个应用实例,介绍了与实验室自行研制的加工机床AOCMT合作完成的0500mm,f/3,K9玻璃抛物面镜的加工过程,在233小时内成功加工出抛物面反射镜,加工后的面形精度达到9.4nm RMS (λ/67 RMS,λ2=632.8nm ),表面粗糙度为1.5nm RMS,顶点曲率半径偏差控制在1.2mm(0.4‰),其结果符合预期要求。
参考文献：
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[3]. 面阵传感圆柱度非接触测量方法及评定技术研究[D]. 郑鹏. 上海大学. 2009
[4]. 基于面阵传感技术的圆柱度测量新方法[J]. 郑鹏, 张琳娜, 陈明仪, 郭红卫. 机械强度. 2011
[5]. 复杂面形的光学叁维测量相关技术研究[D]. 何海涛. 上海大学. 2005
[6]. 非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术与系统研究[D]. 田超. 浙江大学. 2013
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