大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究共3篇

大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究共3篇大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究1大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究

隨著科技的不斷發(fā)展和制造工藝的不斷進步，越來越多的精密器械和設備被廣泛應用于各個領域，尤其是在科學研究、工業(yè)制造和軍事領域中。這些器械和設備都依賴于精度高、形狀復雜的非球面光學元件，非球面光學元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)精度和表面形狀質(zhì)量對設備的性能有著至關(guān)重要的作用。因此，對于精密器械和設備的制造而言，非球面表面形狀測量技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

目前，大口徑非球面元件的表面形狀測量技術(shù)是制造高精度器械和設備的必要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)的影像測量和激光干涉等技術(shù)存在著其固有的局限性，無法滿足現(xiàn)代非球面表面形狀測量的高精度和高效率的需求。因此，大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)的研究成為了當前光學制造領域的研究熱點之一。

為此，當前常見的大口徑非球面表面形狀測量技術(shù)主要有以下幾種：

1.干涉法：該方法是利用干涉儀對測量的部件進行干涉，從而計算出部件表面的高度分布，進而獲得某一范圍內(nèi)的表面形狀信息。

2.點掃描法：該方法是通過旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)進行點掃描，利用微量測頭記錄各個點位的表面高度信息，進而構(gòu)建非球面元件表面三維形狀信息。

3.數(shù)字全息術(shù)：該方法是利用一系列數(shù)字全息圖對被測物體進行3D掃描，將測量數(shù)據(jù)導出并進行后處理，得到非球面元件表面精確的三維形狀信息。

以上三種方法都具有其獨特的優(yōu)缺點，在具體應用中需要根據(jù)實際需求進行選擇。

除此之外，對于大口徑非球面表面形狀測量技術(shù)的研究還存在以下幾個關(guān)鍵問題：

1.運動誤差：由于非球面元件表面形狀復雜、形貌多變，因此在測量過程中容易產(chǎn)生測量誤差，如偏轉(zhuǎn)角度誤差、掃描速度不均勻等問題，這對測量數(shù)據(jù)的精度和可靠性產(chǎn)生了很大影響。

2.數(shù)據(jù)后處理：測量數(shù)據(jù)的后處理也是非常重要的一環(huán)。不同的算法和方法可以對3D數(shù)據(jù)進行處理，提取出相應的表面形狀特征，并進行整合和優(yōu)化，從而獲得更加精確和可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.可重復性：非球面元件表面形狀測量中數(shù)據(jù)的重復性也是非常關(guān)鍵的一點。對于同一元件的多次測量數(shù)據(jù)應能夠得到相同或相似的結(jié)果，測量數(shù)據(jù)應該具有足夠的可重復性。

總體來說，在非球面元件表面形狀測量技術(shù)的研究過程中，需要綜合運用多種技術(shù)手段，不斷完善數(shù)據(jù)采集和處理的方案，提高測量數(shù)據(jù)的重復性和精度，從而為高科技設備的制造和研究提供有力的技術(shù)支持和保障在現(xiàn)代科技發(fā)展中，非球面元件在各種領域得到廣泛應用，因此其表面形狀測量技術(shù)的研究十分重要。本文綜述了目前非球面元件表面形狀測量技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并探討了該領域存在的問題。盡管已經(jīng)有各種測量方法得到廣泛研究和應用，但在找到合適的測量方法的同時，還應注意運動誤差、數(shù)據(jù)后處理和可重復性等問題，不斷提高測量數(shù)據(jù)的可靠性和精度。未來，應聚焦于完善非球面元件表面形狀測量技術(shù)，為高科技設備的制造和研究提供更為可靠的技術(shù)支持大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究2大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，大口徑非球面光學元件在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。然而，由于其復雜的幾何形狀和曲率變化，非球面表面形狀的測量一直是光學工程領域中的難點。本文著重介紹了大口徑非球面表面形狀測量的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括相位測量干涉法、平差法和運動學測量法。結(jié)合實際案例進行分析，探討了各種方法的優(yōu)缺點及適用范圍，為大口徑非球面表面形狀的測量提供了參考。

關(guān)鍵詞：大口徑、非球面、表面形狀測量、相位測量干涉法、平差法、運動學測量法

1.引言

光學元件是光學系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，而非球面光學元件由于其復雜的幾何形狀和曲率變化，廣泛應用于現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，如望遠鏡、攝影鏡頭、激光器等領域。非球面表面形狀的測量是非球面光學元件制造中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，其精度直接影響到非球面光學元件的光學性能和成本。目前，國際上常用的非球面表面形狀測量方法主要包括相位測量干涉法、平差法和運動學測量法，其中各種方法都有其獨特的優(yōu)缺點和適用范圍。

2.相位測量干涉法

相位測量干涉法（PhaseMeasuringInterferometry，PMI）是目前測量大口徑非球面表面形狀最常用的方法之一。該方法通過相干光干涉實現(xiàn)表面形狀的高精度測量，測量精度可以達到毫微米級別。相位測量干涉法主要包括兩種類型：兩面反射法和透射法。

（1）兩面反射法

兩面反射法的實驗裝置如圖1所示，光源發(fā)出的激光束經(jīng)過鉬靶反射后被分成兩束，一束射向非球面待測物表面，另一束從參考面反射后再射回非球面待測物表面，經(jīng)過反射后兩束激光再次匯合，產(chǎn)生光干涉條紋。利用相位測量技術(shù)可以獲得表面形狀參數(shù)。

（2）透射法

透射法的實驗裝置如圖2所示，光源發(fā)出的激光束經(jīng)過衍射光纖、光柵和透鏡后射向非球面待測物表面，在通過表面后產(chǎn)生光干涉條紋。利用相位測量技術(shù)可以獲得表面形狀參數(shù)。

圖1兩面反射法實驗裝置圖

圖2透射法實驗裝置圖

相位測量干涉法的主要優(yōu)點在于測量精度高、適用范圍廣，但由于對光源的要求比較高，測量精度會受到干擾因素的影響，如環(huán)境振動、氣體折射率的變化等，因此在實際應用中需要對實驗環(huán)境進行控制。

3.平差法

平差法是一種利用平差原理進行非球面表面形狀測量的方法。該方法通過測量多條不同方向的點線距離，并利用平差原理求解待測物表面的曲率半徑和形狀參數(shù)。平差法主要包括擺臂平差法和多點平差法兩種類型。

（1）擺臂平差法

擺臂平差法是利用擺臂儀進行測量的方法。待測物與擺臂儀構(gòu)成一個封閉的測量系統(tǒng)，通過測量振動周期和長度變化，推算出待測物表面的曲率半徑和形狀參數(shù)。擺臂平差法的優(yōu)點在于測量時不受環(huán)境因素的影響，適用于透明和不透明物體，但測量精度受到擺臂儀自身精度和測量間距的影響。

（2）多點平差法

多點平差法是利用測頭進行測量的方法。待測物表面設有若干個測點，通過測量每個測點到測頭的距離差，利用平差原理求解待測物表面的曲率半徑和形狀參數(shù)。多點平差法的優(yōu)點在于測量精度高，但對于大尺寸的非球面元件，在測量時需要對測量點的分布進行研究，以提高測量精度。

4.運動學測量法

運動學測量法是通過測量待測物表面在坐標系中的運動狀態(tài)，推算其曲率半徑和形狀參數(shù)的一種方法。運動學測量法主要包括離心力法和偽隨機運動法兩種類型。

（1）離心力法

離心力法是通過將待測物旋轉(zhuǎn)在離心機內(nèi)，測量其表面在離心力作用下的變形，推算出其曲率半徑和形狀參數(shù)的一種方法。離心力法的主要優(yōu)點在于可以測量大尺寸的非球面元件，但測量過程中需本文介紹了非球面元件曲率半徑和形狀參數(shù)的三種測量方法：干涉測量法、平差法和運動學測量法。干涉測量法是最常用、最成熟的一種方法，具有高精度、可靠性和非接觸性等優(yōu)點，在各種工業(yè)生產(chǎn)和科學研究領域得到廣泛應用。平差法分為擺臂平差法和多點平差法，分別適用于擺臂儀和測頭進行測量的場合，具有各自的優(yōu)缺點。運動學測量法是通過測量待測物表面在坐標系中的運動狀態(tài)推算其曲率半徑和形狀參數(shù)的方法，適用于大尺寸的非球面元件。不同的測量方法各有特點，在實際應用中應根據(jù)需求和條件選用合適的方法進行測量大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究3大口徑非球面表面形狀測量關(guān)鍵技術(shù)研究

隨著科技的發(fā)展，大口徑非球面光學元件在現(xiàn)代光學儀器中得到廣泛應用。大口徑非球面光學元件是由非球面透鏡、非球面棱鏡、非球面反射鏡等組成，它們廣泛應用于光學儀器、遙感測量、精密加工等領域。然而，在實際生產(chǎn)中，如何精確測量大口徑非球面元件的表面形狀成為了一個難題，這直接影響到光學元件制造的精度和可靠性。本文將從幾個方面來探討大口徑非球面表面形狀測量的關(guān)鍵技術(shù)。

第一，測量儀器的選擇。目前市場上測量大口徑非球面表面的儀器有很多種，常見的有三次元數(shù)字化掃描測量儀、條紋投影測量儀和干涉儀。三次元數(shù)字化掃描測量儀主要是通過激光掃描來測量光學元件表面形狀的方法，但它的使用成本比較高，并且精度受到了許多因素的影響。條紋投影測量儀是通過在被測物體上投射一系列條紋進行測量的方法，然后再通過計算機處理得出被測物體表面的數(shù)據(jù)。但它需要大量的計算資源和高速圖像采集設備，對于一些要求高速、高精度的測量工作而言成本也較高。因此干涉儀作為測量大口徑非球面表面形狀的主要方法，具有測量精度高、自動化程度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。

第二，測量方法的選擇。常用的測量方法有單點測量、多點測量和全息測量。單點測量法采用支持輪廓儀、電子計量儀、電子測距儀等設備來獲取物體的尺寸、位置等信息，并結(jié)合相應的計算公式計算出物體表面形狀。這種方法適用于對于小面積的表面測量，但對于大面積的表面測量會產(chǎn)生較大的誤差。多點測量法則通過在被測物體上標記一系列點，用支持輪廓儀、電子計量儀等設備進行逐個測量，最后通過計算機處理得出整個被測物體的表面形狀。多點測量法具有測量面積大的優(yōu)點，比單點測量法測量精度更高，但是其測量的精度還會受到設備精度和測量點的分布方式影響。全息測量法則通過利用光干涉技術(shù)對被測物體進行全息記錄，并通過相應的處理方法獲取被測物體表面形狀信息，它具有具有高精度、多目標、實時性強等優(yōu)點，但需要較高的技術(shù)水平和設備投入成本。

第三，去除誤差的方法。對于干涉儀測量得到的大口徑非球面表面數(shù)據(jù)，首先需要進行去除誤差的處理，以提高數(shù)據(jù)的準確性。去除誤差可以通過基線修正、震蕩分離、波形擬合、小波去噪等方法進行。其中基線修正和震蕩分離是干涉儀測量過程中避免及去除誤差的常用方法。基線修正法是基于常數(shù)的原理，在測量時先間隔一段距離獲取一組基準點位置，并對其基線進行修正，以消除誤差；震蕩分離則是通過將所有測量點精心布置在整個物體表面，以避免某些特殊區(qū)域因震蕩導致測量誤差。另外，波形擬合和小波去噪等方法則是針對干涉儀測量數(shù)據(jù)進行進一步處理的方法，以提高數(shù)據(jù)的精度。

綜上所述，大口徑非球面表面形狀測量是光學制造中至關(guān)重要的一項工作，精準的測量結(jié)果是制造高精度光學元件的基礎。在大口徑非球面表面形狀測量過程中，測量儀器、測量方法和誤差去除都是關(guān)鍵技術(shù)，只有充分了解這些技術(shù)