拼接干涉仪在控制装校面形中的应用

通过对比大口径光学元件夹持不当时全口径与局部口径之间的图像关系,研究局部面形控制的新方式。并与高精度的大口径干涉仪进行比对测试,验证拼接干涉仪的测试精度。实验表明,拼接干涉仪局部测试精度可达50 nm（PV值）,空间分辨力高达5 mm-1,可以实现中频段的装校监控。使用拼接干涉仪扫描测试全口径面形,测试不确定度小于100 nm,与600 mm的大口径干涉仪测试结果差别小于0.04（波长=632.8 nm）。     

圆柱坐标下的多孔径拼接测量三维面形

直角坐标下的拼接方法在测量三维物体特虽是回转特体时碰到了困难。把拼接方法推广到圆柱坐标可以解决这一难题。验证了这种方法的正确性。最后给了实际测量结果。     

用条纹图形拼接法测量三维大物体面形

三维物体面形的测量在各个领域中有着广泛的应用，用莫尔法、调制光场分析法测量具有非接触性、高精度、快速的特点，但对于大物体的测量却存在着许多困难，诸如阴影噪声难以消除、条纹对比度低。考虑到图形的相关性，本文提出了一种基于多孔径拼接原理的测量三维大物体面形的方法：条纹图形拼接法，给出了数学模型、计算机模拟结果和实验结果。     

相位检测面形术在大尺度三维面形测量中的应用

将相位检测面形术（ＰＭＰ）用于大尺度、高精度三维面形测量中。采用文中提出的双向高度坐标校正法,可以得到精确的物面三维坐标。提出了一种新的基于洪水算法的图像拼接法,采用此方法可以按最佳的途径将各子区域的高度分布合成整个物面的高度分布。     

子孔径拼接技术在长平晶计量中的应用研究

研究子孔径拼接在长平晶测试中的应用。讨论了子孔径拼接的基本原理,建立了子孔径拼接模型,确定了进行长平晶拼接测试的基本算法。根据最小二乘法的基本原理,编制了子孔径拼接数据处理程序,通过使用该程序,可以有效地修正测试过程中产生的倾斜量。进行了长平晶拼接检测实验,拼接结果与全孔径检测结果进行了比较,结果表明,该程序能够满足长平晶的检测要求。     

基于功率谱的反射镜面形评价

针对表面高度均方根(RMS)难以描述大尺度波动以及刚体位移鲁棒性差的缺点,提出了使用功率谱(PSD)对大口径望远镜系统中主反射镜面形进行评价;结合Zernike多项式,对PSD的分解运算进行了分析,讨论了Zernike多项式的频谱能量分布;将该方法用于Φ500 mm反射镜面形检测数据的处理,得出实际反射镜表面面形频域能量分布情况。结果表明:对于大口径反射镜,使用PSD的评价方式对于指导加工检测以及望远镜系统误差的分配具有更实用的意义。最后,基于PSD提出了一种评价反射镜面形的子孔径非相关拼接方法,该方法适用于大口径望远镜中大口径光学元件的面形精度评价。     

基于功率谱的反射镜面形评价

针对表面高度均方根（RMS）难以描述大尺度波动以及刚体位移鲁棒性差的缺点,提出了使用功率谱（PSD）对大口径望远镜系统中主反射镜面形进行评价;结合Zernike多项式,对PSD的分解运算进行了分析,讨论了Zernike多项式的频谱能量分布;将该方法用于Φ500 mm反射镜面形检测数据的处理,得出实际反射镜表面面形频域能量分布情况。结果表明：对于大口径反射镜,使用PSD的评价方式对于指导加工检测以及望远镜系统误差的分配具有更实用的意义。最后,基于PSD提出了一种评价反射镜面形的子孔径非相关拼接方法,该方法适用于大口径望远镜中大口径光学元件的面形精度评价。     

提取标记点中心在子孔径拼接检测中的应用

子孔径拼接干涉仪中子孔径定位精度难以在大行程范围内得到保证,为此本文提出了基于提取标记点中心定位子孔径的拼接方法。以标记点的中心坐标为标记点坐标,根据标记点在两子孔径局部坐标系下的坐标计算两子孔径之间的坐标变换,将所有子孔径数据坐标变换到统一坐标系下,利用机械误差补偿算法拼接出全口径面形。在搭建的拼接检测系统上实现了外径468 mm的平面镜抛光过程和最终的全口径面形测量,加工过程中的测量结果为面形误差修正提供了准确的数据,保证了最终全口径面形误差RMS快速收敛到35 nm。实验证明,基于提取标记点中心的子孔径拼接检测能放宽对机械定位精度的要求,有效检测大口径光学元件面形。     

大口径连续相位板面形检测与评价

基于全局最小二乘拼接算法和图像融合算法建立了连续相位板（CPP）子孔径拼接检测算法,并根据全局相关匹配原理提出采用面形残差来评价CPP的加工面形。采用高精度动态干涉仪等设备建立了相应的检测系统,并针对430 mm430 mm口径CPP开展了数值模拟和检测实验。理论计算结果表明：系统计算误差为0.005 nm。实验结果表明,整个检测系统软硬件RMS误差小于5 nm,基本满足CPP面形检测要求。从而验证了CPP检测和评价的正确性和可行性。     

基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。     

子孔径拼接技术应用的研究

大口径光学元件的检测开拓了子孔径拼接应用的新领域。采用小口径干涉仪对大口径被测元件不同区域进行波前检测,然后恢复计算出被测波前。使用光学设计软件ZEMAX对子孔径检测拼接技术进行了模拟,模拟结果表明：波前检测相对误差小于4.3λ‰,实现了对大口径光学元件面形的高精度检测,避免了相同口径检测干涉仪的使用,降低了检测成本及难度。     

子孔径拼接检测非球面的初步研究

使用子孔径拼接技术可以无需补偿器、大口径的辅助镜、全息图等辅助元件实现对大口径、大偏离量、高陡度非球面甚至离轴非球面的检验,而且可以同时获得中高频的相位信息,大大地提高了测量精度,降低了成本。在总结了常用检测非球面方法优缺点的基础上提出了利用圆形子孔径、环形子孔径检测非球面的基本原理,并对其步骤的实现、数学模型的建立和拼接算法的开发进行了分析和研究。结果表明,子孔径拼接检测技术可以作为补偿检验以外的另一种定量测试非球面的手段,可以和其它检测方法相互验证,从而确保检测的准确性和可靠性。     

大口径连续相位板拼接检测误差分析

对大口径连续相位板（CPP）在子孔径拼接检测过程中存在的几种影响检测精度的主要因素, 包括定位误差、系统误差和拼接模式等进行了归纳并分析了其对检测精度的影响权重。通过对子孔径重叠区域分布的均匀性计算,分析了检测误差对拼接质量的影响。结果表明,定位误差是影响CPP拼接精度的主要原因,而对系统误差进行有效处理可以进一步减小重叠区非均匀性,拼接模式的选择对CPP的拼接结果的影响有限。通过CPP深度特性对重叠区域均匀性的统计分析表明,在像素级别的检测中,重叠区域均方根残差随着CPP深度的增加而线性增加,即拼接精度随CPP深度的增加而降低。     

基于子孔径拼接法测量高精度反射镜

为了解决高精度光学反射镜的子孔径拼接检测问题,基于最小二乘拟合,依据拼接算法建立数学模型,编制了拼接程序,同时对口径为Φ120 mm的平面反射镜进行了拼接检测。检测中,基于标记点确定子孔径间的相对位置,完成子孔径间的对准。分别基于全口径检测结果与自检验子孔径测试结果对拼接结果进行精度分析。实验结果表明：拼接结果无“拼痕”,拼接结果与全口径测试结果、自检验子孔径测试结果一致; 拼接结果与全口径面形测试的PV值与RMS值的偏差分别为0020 λ与0002 λ,验证了检测的可靠性和准确性。     

基于子孔径拼接法测量高精度反射镜

为了解决高精度光学反射镜的子孔径拼接检测问题,基于最小二乘拟合,依据拼接算法建立数学模型,编制了拼接程序,同时对口径为120 mm的平面反射镜进行了拼接检测。检测中,基于标记点确定子孔径间的相对位置,完成子孔径间的对准。分别基于全口径检测结果与自检验子孔径测试结果对拼接结果进行精度分析。实验结果表明:拼接结果无拼痕,拼接结果与全口径测试结果、自检验子孔径测试结果一致; 拼接结果与全口径面形测试的PV值与RMS值的偏差分别为0.020 与0.002 ,验证了检测的可靠性和准确性。     

基于子孔径拼接的Hindle球检测法

为了能够准确获取基于子孔径拼接的Hindle球检测大口径双曲面镜的Hindle球参数,研究了Hindle球检测凸双曲面镜的理论模型,并从几何光学入手,讨论了基于子孔径拼接的Hindle球检测法的系统结构,推导了符合子孔径拼接要求的小口径Hindle球的参数计算式。对一个凸双曲面镜进行了在不同测量环带数目下的基于子孔径拼接的Hindle球检测法和经典Hindle球检测法的Hindle球参数对比。结果表明该Hindle球检测方法使Hindle球参数更合理。     

特殊光学元件的新型子孔径拼接检测方法研究

使用新型的特殊整流罩窗口可以明显地提升飞行器的空气动力学性能,但由于这种共形窗口光学表面的复杂性,传统的非球面检测技术已经较难满足要求.本文提出了一种新型子孔径拼接检测技术,在建立新的检测原理基础上,还重点介绍了这种检测方法的设计.同时基于补偿法的原理,文中还针对一个口径70 mm的共形窗口,设计了相应的特殊补偿器,其最终剩余波像差(RMS)为0.0515λ(λ=632.8 nm),可以满足实际使用要求. 关键词： 共形窗口 共形检测 子孔径拼接检测 补偿器