本文關(guān)鍵詞：基于角度掃描法的大口徑非球面高精度測(cè)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(gè)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(shì)。例如,非球面可以簡(jiǎn)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(cè),特別是大口徑非球面檢測(cè),始終是光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域的一大難題。對(duì)于小口徑、非球面度較小的曲面,干涉式測(cè)量可以達(dá)到理想的檢測(cè)精度;而對(duì)于大口徑(或超大口徑)非球面,干涉式測(cè)量將難以實(shí)現(xiàn),接觸式測(cè)量也會(huì)對(duì)鏡片表面形成劃傷。針對(duì)大口徑非球面的測(cè)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(cè)量三維測(cè)量方法。角度掃描法的基本原理,是通過(guò)測(cè)量目標(biāo)曲面各點(diǎn)的角度變化推導(dǎo)其曲率變化,再通過(guò)曲率值的數(shù)值積分計(jì)算出目標(biāo)非球面的曲面形貌。具體開(kāi)展了以下的研究?jī)?nèi)容:1.大口徑非球面測(cè)量系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。提出了面向200mm口徑非球面的三維測(cè)量方案,完成了測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);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(cè)量系統(tǒng)的三維圖紙;分析了非球面測(cè)量的主要流程,并制定了完成測(cè)量所需的操作步驟。2.大口徑非球面測(cè)量的誤差分析與補(bǔ)償方法。分析了測(cè)量系統(tǒng)中不同來(lái)源的誤差因素(包括隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差),計(jì)算了它們對(duì)于非球面測(cè)量的影響程度,確定了對(duì)測(cè)量精度影響最為嚴(yán)重的幾種誤差敏感因素;提出了針對(duì)上述敏感誤差的一系列補(bǔ)償方法,并計(jì)算了這些敏感因素在補(bǔ)償后可以獲得的測(cè)量不確定度;研究了敏感因素測(cè)量不確定度的傳播,并在MATLAB中編寫(xiě)了用于計(jì)算系統(tǒng)不確定度傳播的程序;最后通過(guò)蒙特卡洛仿真驗(yàn)證了該誤差模型的正確性。3.大口徑非球面的測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法。應(yīng)用了“同心掃描法”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)非球面的三維測(cè)量;提出了以空間柱坐標(biāo)系來(lái)統(tǒng)一所有二維測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理方法,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)曲面由二維測(cè)量向三維測(cè)量的拓展;提出了通過(guò)LOESS非參數(shù)回歸的算法來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)云的數(shù)據(jù)處理方法;經(jīng)多次蒙特卡洛仿真驗(yàn)證,本文所提出的測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法穩(wěn)定可靠,非球面面型RMS檢測(cè)精度可達(dá)到λ/60(約10nm,λ=632.8nm),滿(mǎn)足精度要求。
【關(guān)鍵詞】：大口徑非球面 誤差分析 誤差補(bǔ)償方法 數(shù)據(jù)處理 檢測(cè)精度
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 接觸式測(cè)量17-18
• 1.2.2 非接觸式測(cè)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(cè)量原理及總體設(shè)計(jì)24-52
• 2.1 角度測(cè)量的基本原理24-27
• 2.1.1 自準(zhǔn)直儀的測(cè)量原理24-25
• 2.1.2 自準(zhǔn)直儀量程擴(kuò)大的方法25-27
• 2.2 基于角度掃描法的二維測(cè)量方法27-39
• 2.2.1 原始角度測(cè)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(diǎn)云回歸37-39
• 2.3 基于角度掃描法的三維測(cè)量方法39-45
• 2.3.1 掃描方法的選擇40-42
• 2.3.2 測(cè)量坐標(biāo)系的統(tǒng)一42-44
• 2.3.3 空間點(diǎn)云回歸44-45
• 2.4 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成45-48
• 2.4.1 角度測(cè)量系統(tǒng)47
• 2.4.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)47
• 2.4.3 誤差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)47-48
• 2.4.4 支承裝調(diào)系統(tǒng)48
• 2.5 測(cè)量流程48-51
• 2.5.1 測(cè)量系統(tǒng)初始化48-49
• 2.5.2 二維曲線(xiàn)測(cè)量49-50
• 2.5.3 三維曲面測(cè)量50-51
• 2.6 本章小結(jié)51-52
• 第3章 測(cè)量系統(tǒng)的誤差分析與補(bǔ)償技術(shù)52-99
• 3.1 隨機(jī)誤差分析52-74
• 3.1.1 自準(zhǔn)直儀的運(yùn)動(dòng)誤差分析52-64
• 3.1.2 目標(biāo)非球面的運(yùn)動(dòng)誤差分析64-73
• 3.1.3 測(cè)量?jī)x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(jì)算引起的誤差76
• 3.2.3 測(cè)量裝置的安裝誤差76-80
• 3.3 測(cè)量系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法80-98
• 3.3.1 自準(zhǔn)直儀-1 的測(cè)量誤差補(bǔ)償80
• 3.3.2 自準(zhǔn)直儀-1 的定位誤差補(bǔ)償80-81
• 3.3.3 自準(zhǔn)直儀-1 的俯仰誤差補(bǔ)償81-82
• 3.3.4 目標(biāo)曲面的徑向跳動(dòng)誤差補(bǔ)償82-84
• 3.3.5 目標(biāo)非球面的角向擺動(dòng)誤差補(bǔ)償84-86
• 3.3.6 自準(zhǔn)直儀-1 的旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量86-88
• 3.3.7 自準(zhǔn)直儀-1 的回轉(zhuǎn)中心與目標(biāo)曲面的距離測(cè)量88-98
• 3.4 本章小結(jié)98-99
• 第4章 測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的不確定度傳播99-113
• 4.1.1 測(cè)量系統(tǒng)的敏感誤差及其測(cè)量不確定度99-100
• 4.1.2 二維測(cè)量的不確定度傳播100-110
• 4.1.3 三維測(cè)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(diǎn)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(diǎn)134
• 5.3 研究展望134-136
• 參考文獻(xiàn)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(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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

2 劉陽(yáng),唐羅生,李圣怡,吳琦,艾長(zhǎng)雙;快速逆向工程技術(shù)及其在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;1999年01期

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本文編號(hào)：981885