本文關(guān)鍵詞：基于條紋反射法的大口徑非球面反射鏡面形檢測技術(shù)研究

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【摘要】：由于非球面的使用,不僅可以使光學(xué)系統(tǒng)的性能顯著提升,而且可以簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)的重量與成本,因此非球面反射鏡在民用、軍用、天文,航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是非球面的加工制造很難找到合適的加工工具與標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的檢測方法,因此非球面的加工與檢測遠(yuǎn)比球面鏡的復(fù)雜與困難,特別是大口徑高精度非球面反射鏡在加工制造過程中的檢測尤為困難。目前,大口徑非球面光學(xué)反射鏡的加工主要包括銑磨、研磨、拋光三個(gè)階段。面形檢測技術(shù)主要有輪廓檢測法和光學(xué)干涉檢測法。在研磨階段通常采用輪廓測量儀,在拋光階段通常采用干涉測量法。但是在研磨向拋光過渡的階段(精研以及粗拋光階段),常用輪廓儀檢測存在檢測精度、采樣密度低,以及對大口徑反射鏡檢測用時(shí)較長的缺點(diǎn);而干涉儀動(dòng)態(tài)范圍小,對于面形誤差通常較大的過渡階段,很難覆蓋全孔徑檢測;因此這兩種檢測方法都不能有效地指導(dǎo)該階段大口徑非球面反射鏡的光學(xué)加工。條紋反射法作為一種有效的光學(xué)檢測手段,具有結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)態(tài)范圍大、測量精度高,檢測速度快,抗干擾性能好,成本低,易于操作等優(yōu)點(diǎn),并且無需其它輔助元件便可對大偏離度的大口徑非球面鏡進(jìn)行面形測量,在有效解決輪廓儀和干涉儀測量范圍未能有效銜接問題的同時(shí),亦降低了成本,縮短了工期。鑒于此,本文提出采用條紋反射法對精研以及粗拋光階段的非球面反射鏡面形進(jìn)行檢測。本論文的研究工作主要包括以下四部分內(nèi)容:1.SCOTS(software configurable optical test system)的相關(guān)理論研究。首先介紹了SCOTS檢測斜率與面形的原理,然后選擇軸對稱球面反射鏡(口徑φ為100mm,頂點(diǎn)曲率半徑為-1000mm)作為模擬仿真檢測系統(tǒng)的待測鏡,利用CODEV光線追跡功能,實(shí)現(xiàn)了對條紋反射檢測系統(tǒng)工作過程中的光線運(yùn)行軌跡跟蹤,從而驗(yàn)證其檢測原理,最后對SCOTS展開了實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了該檢測系統(tǒng)的精度能夠非球面反射鏡加工中精研與粗拋光階段面形檢測的需求。2.SCOTS標(biāo)定技術(shù)研究。針對SCOTS檢測系統(tǒng)的相機(jī)光線標(biāo)定精度會(huì)因孔徑成像像差與圖像噪聲的存在而降低的問題,提出了一種通過移動(dòng)LCD顯示屏,并結(jié)合相位跟蹤技術(shù)尋找共相位點(diǎn)的相機(jī)光線方向標(biāo)定方法來提高條紋反射光學(xué)三維面形檢測中相機(jī)光線方向的標(biāo)定精度,并且通過實(shí)驗(yàn)對該標(biāo)定方法的有效性與優(yōu)越性進(jìn)行了驗(yàn)證。3.基于PMD(phase measuring deflectometry)的條紋反射檢測方法研究。針對相機(jī)標(biāo)定誤差會(huì)大大降低SCOTS的檢測精度問題,提出了一種簡單,可靠,精度高的三維面形檢測新方法:采用通過移動(dòng)LCD顯示屏確定的入射光線、小孔相機(jī)的小孔坐標(biāo),以及虛擬的輔助表面來得到待測大口徑反射鏡面的絕對高度和梯度。這種檢測方法可以降低對實(shí)驗(yàn)設(shè)備位置的要求,而且不需要對進(jìn)入相機(jī)的反射光線進(jìn)行標(biāo)定,可以避免檢測過程中反射光線方向標(biāo)定誤差的影響,使得該檢測方法在未經(jīng)過復(fù)雜的相機(jī)標(biāo)定的情況下仍具有較高的檢測精度,并且通過仿真與初步實(shí)驗(yàn)對其有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。4.條紋反射法檢測大口徑非球面反射鏡的實(shí)驗(yàn)研究。利用條紋反射法對口徑為821.65 mm、離軸量為550.57mm的離軸拋物面進(jìn)行了檢測。檢測結(jié)果與干涉測量結(jié)果相吻合,證明了條紋反射法應(yīng)用于大口徑非球面檢測的可行性,也證明了本文提出的標(biāo)定方法以及基于PMD的條紋反射檢測法應(yīng)用于過渡階段大口徑非球面反射鏡全口徑檢測的有效性。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)檢測 大口徑非球面反射鏡 條紋反射檢測 相位測量偏折術(shù) 三維面形測量 干涉檢測
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH744
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-30
• 1.1 引言14-15
• 1.2 非球面檢測方法15-24
• 1.2.1 輪廓檢測方法15-17
• 1.2.2 光學(xué)干涉檢測17-22
• 1.2.3 大口徑非球面檢測22-24
• 1.3 條紋反射檢測技術(shù)的發(fā)展概述24-27
• 1.4 課題研究的目的與意義27
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容27-30
• 第2章 條紋反射檢測理論基礎(chǔ)30-60
• 2.1 引言30-32
• 2.2 條紋反射檢測法32-42
• 2.2.1 條紋反射檢測原理33-34
• 2.2.2 檢測方法的模型34-41
• 2.2.3 檢測方法的類型41-42
• 2.3 條紋反射檢測分辨率與測量范圍42-45
• 2.3.1 條紋反射檢測分辨率43-44
• 2.3.2 條紋反射檢測測量范圍44-45
• 2.4 條紋反射檢測法的關(guān)鍵技術(shù)45-58
• 2.4.1 數(shù)字相移法45-50
• 2.4.2 相位展開50-52
• 2.4.3 波前重構(gòu)52-58
• 2.5 本章小結(jié)58-60
• 第3章 基于SCOTS的正弦條紋反射檢測系統(tǒng)研究60-96
• 3.1 引言60-61
• 3.2 SCOTS檢測原理61-64
• 3.2.1 SCOTS測量斜率原理61-63
• 3.2.2 SCOTS的檢測原理63-64
• 3.3 SCOTS仿真分析64-67
• 3.3.1 光線追跡模型65-66
• 3.3.2 誤差仿真分析66-67
• 3.4 SCOTS的幾何測量與標(biāo)定67-90
• 3.4.1 SCOTS的幾何測量67-68
• 3.4.2 反射光線標(biāo)定68-81
• 3.4.3 入射光線標(biāo)定81-90
• 3.5 SCOTS檢測實(shí)驗(yàn)90-94
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備91-92
• 3.5.2 實(shí)驗(yàn)過程與檢測結(jié)果92-94
• 3.6 本章小結(jié)94-96
• 第4章 SCOTS標(biāo)定技術(shù)研究96-114
• 4.1 引言96
• 4.2 基于移動(dòng)屏幕的反射光線標(biāo)定96-99
• 4.2.1 反射光線標(biāo)定原理96-98
• 4.2.2 成像模型與光束調(diào)整98-99
• 4.3 基于點(diǎn)源顯示鏡的入射光線標(biāo)定99-102
• 4.4 檢測實(shí)驗(yàn)102-112
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備102-103
• 4.4.2 檢測過程及數(shù)據(jù)處理103-109
• 4.4.3 檢測結(jié)果與分析109-112
• 4.5 本章小結(jié)112-114
• 第5章 基于PMD的正弦條紋反射檢測系統(tǒng)研究114-128
• 5.1 引言114-115
• 5.2 基于PMD的正弦條紋反射法的檢測原理115-120
• 5.3 計(jì)算機(jī)仿真與誤差分析120-121
• 5.4 系統(tǒng)幾何測量與標(biāo)定121-123
• 5.4.1 入射光線標(biāo)定121-122
• 5.4.2 反射光線標(biāo)定122-123
• 5.5 檢測實(shí)驗(yàn)123-126
• 5.6 本章小結(jié)126-128
• 第6章 條紋反射法檢測大口徑非球面鏡128-140
• 6.1 引言128-129
• 6.2 實(shí)驗(yàn)裝置129
• 6.3 實(shí)驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)處理129-136
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)過程129-133
• 6.3.2 數(shù)據(jù)處理133-136
• 6.4 測量結(jié)果分析136-138
• 6.5 本章小結(jié)138-140
• 第7章 總結(jié)與展望140-142
• 7.1 全文總結(jié)140-141
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)141
• 7.3 下一步工作計(jì)劃141-142
• 參考文獻(xiàn)142-152
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況152-153
• 指導(dǎo)教師及作者簡介153-154
• 致謝154

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周嘉穆;;大型金屬非球面反射鏡的鍍膜工藝[J];光學(xué)工程;1979年06期

2 劉曉博;非球面反射鏡的測量[J];光學(xué)技術(shù);1989年03期

3 趙洪范;;非球面反射鏡的復(fù)制[J];應(yīng)用光學(xué);1993年05期

4 程灝波;光學(xué)非球面反射鏡輕量化制造技術(shù)[J];光學(xué)與光電技術(shù);2004年04期

5 張偉;王f，

本文編號：898890