本文關(guān)鍵詞：基于角度掃描法的大口徑非球面高精度測量方法研究

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【摘要】：非球面鏡是十分重要的一種光學(xué)元件,被廣泛應(yīng)用在航天、航空、船舶、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。相比于球面鏡,非球面鏡的曲率半徑不唯一、曲面形貌靈活,因而具有更多的應(yīng)用優(yōu)勢。例如,非球面可以簡化光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減少系統(tǒng)重量、提高系統(tǒng)分辨率、改善成像質(zhì)量等。然而,非球面檢測,特別是大口徑非球面檢測,始終是光學(xué)測量領(lǐng)域的一大難題。對于小口徑、非球面度較小的曲面,干涉式測量可以達到理想的檢測精度;而對于大口徑(或超大口徑)非球面,干涉式測量將難以實現(xiàn),接觸式測量也會對鏡片表面形成劃傷。針對大口徑非球面的測量難題,本論文提出了基于角度掃描法的大口徑非球面高精度測量三維測量方法。角度掃描法的基本原理,是通過測量目標曲面各點的角度變化推導(dǎo)其曲率變化,再通過曲率值的數(shù)值積分計算出目標非球面的曲面形貌。具體開展了以下的研究內(nèi)容:1.大口徑非球面測量系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。提出了面向200mm口徑非球面的三維測量方案,完成了測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計;研究了系統(tǒng)中各部分結(jié)構(gòu)的精度要求,并繪制了非球面測量系統(tǒng)的三維圖紙;分析了非球面測量的主要流程,并制定了完成測量所需的操作步驟。2.大口徑非球面測量的誤差分析與補償方法。分析了測量系統(tǒng)中不同來源的誤差因素(包括隨機誤差與系統(tǒng)誤差),計算了它們對于非球面測量的影響程度,確定了對測量精度影響最為嚴重的幾種誤差敏感因素;提出了針對上述敏感誤差的一系列補償方法,并計算了這些敏感因素在補償后可以獲得的測量不確定度;研究了敏感因素測量不確定度的傳播,并在MATLAB中編寫了用于計算系統(tǒng)不確定度傳播的程序;最后通過蒙特卡洛仿真驗證了該誤差模型的正確性。3.大口徑非球面的測量數(shù)據(jù)處理方法。應(yīng)用了“同心掃描法”的方式來實現(xiàn)目標非球面的三維測量;提出了以空間柱坐標系來統(tǒng)一所有二維測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法,進而實現(xiàn)目標曲面由二維測量向三維測量的拓展;提出了通過LOESS非參數(shù)回歸的算法來處理測量數(shù)據(jù)點云的數(shù)據(jù)處理方法;經(jīng)多次蒙特卡洛仿真驗證,本文所提出的測量數(shù)據(jù)處理方法穩(wěn)定可靠,非球面面型RMS檢測精度可達到λ/60(約10nm,λ=632.8nm),滿足精度要求。
【關(guān)鍵詞】：大口徑非球面 誤差分析 誤差補償方法 數(shù)據(jù)處理 檢測精度
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 大.徑非球面及其應(yīng)用11-17
• 1.2 大.徑非球面測量技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 接觸式測量17-18
• 1.2.2 非接觸式測量18-23
• 1.3 目前存在的局限23
• 1.4 本文的主要內(nèi)容23-24
• 第2章 基于角度掃描法的大口徑非球面測量原理及總體設(shè)計24-52
• 2.1 角度測量的基本原理24-27
• 2.1.1 自準直儀的測量原理24-25
• 2.1.2 自準直儀量程擴大的方法25-27
• 2.2 基于角度掃描法的二維測量方法27-39
• 2.2.1 原始角度測量28-32
• 2.2.2 角度拼接32-35
• 2.2.3 數(shù)值積分35-37
• 2.2.4 平面點云回歸37-39
• 2.3 基于角度掃描法的三維測量方法39-45
• 2.3.1 掃描方法的選擇40-42
• 2.3.2 測量坐標系的統(tǒng)一42-44
• 2.3.3 空間點云回歸44-45
• 2.4 測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成45-48
• 2.4.1 角度測量系統(tǒng)47
• 2.4.2 運動控制系統(tǒng)47
• 2.4.3 誤差監(jiān)測系統(tǒng)47-48
• 2.4.4 支承裝調(diào)系統(tǒng)48
• 2.5 測量流程48-51
• 2.5.1 測量系統(tǒng)初始化48-49
• 2.5.2 二維曲線測量49-50
• 2.5.3 三維曲面測量50-51
• 2.6 本章小結(jié)51-52
• 第3章 測量系統(tǒng)的誤差分析與補償技術(shù)52-99
• 3.1 隨機誤差分析52-74
• 3.1.1 自準直儀的運動誤差分析52-64
• 3.1.2 目標非球面的運動誤差分析64-73
• 3.1.3 測量儀器的讀數(shù)誤差分析73-74
• 3.2 系統(tǒng)誤差分析74-80
• 3.2.1 環(huán)境溫度變化引起的誤差75-76
• 3.2.2 近似計算引起的誤差76
• 3.2.3 測量裝置的安裝誤差76-80
• 3.3 測量系統(tǒng)的誤差補償方法80-98
• 3.3.1 自準直儀-1 的測量誤差補償80
• 3.3.2 自準直儀-1 的定位誤差補償80-81
• 3.3.3 自準直儀-1 的俯仰誤差補償81-82
• 3.3.4 目標曲面的徑向跳動誤差補償82-84
• 3.3.5 目標非球面的角向擺動誤差補償84-86
• 3.3.6 自準直儀-1 的旋轉(zhuǎn)角度測量86-88
• 3.3.7 自準直儀-1 的回轉(zhuǎn)中心與目標曲面的距離測量88-98
• 3.4 本章小結(jié)98-99
• 第4章 測量系統(tǒng)的不確定度傳播與蒙特卡洛仿真分析99-133
• 4.1 非球面測量系統(tǒng)的不確定度傳播99-113
• 4.1.1 測量系統(tǒng)的敏感誤差及其測量不確定度99-100
• 4.1.2 二維測量的不確定度傳播100-110
• 4.1.3 三維測量的不確定度傳播110-113
• 4.2 數(shù)據(jù)處理方法及蒙特卡洛仿真分析113-131
• 4.2.1 空間點云的處理方法114-116
• 4.2.2 蒙特卡洛仿真分析116-131
• 4.3 本章小結(jié)131-133
• 第5章 總結(jié)與展望133-136
• 5.1 論文的主要內(nèi)容133-134
• 5.2 論文的創(chuàng)新點134
• 5.3 研究展望134-136
• 參考文獻136-140
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單140-141
• 致謝141-142

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉惠蘭,郝群,朱秋東,沙定國;利用部分補償透鏡進行非球面面形測量[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2004年07期

2 劉陽,唐羅生,李圣怡,吳琦,艾長雙;快速逆向工程技術(shù)及其在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用[J];機械設(shè)計與制造;1999年01期

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本文編號：981885