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《浙江大学》 2013年
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非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术与系统研究

田超  
【摘要】:随着光学工程学科的不断发展,非球面光学元件越来越多地应用到国民经济的各个方面。然而,在设计、加工、检测和装调等各个环节之中,非球面面形的高精度检测已经成为制约其应用的最主要因素。本文研究了可用于深度非球面和非球面波前高精度检测的非零位环形子孔径拼接干涉(非零位ASSI)检测技术和系统。 提出了利用非球面波前拼接检测非球面的ASSI技术。其基本原理是在Twyman Green干涉系统中,利用补偿系统(PCS)出射的非球面波前部分补偿被测非球面,通过轴向移动非球面,实现不同环带的拼接检测。为了进行系统仿真,提出了基于光学设计软件或自编光线追迹的系统仿真方法。系统中,被测非球面环形子孔径的边界和重叠区可以利用像面波前斜率的方法确定。实验采集的多帧移相干涉图,可以利用经典的移相算法进行位相解调,并自动确定有效孔径;采集的单帧闭环条纹干涉图,可以利用提出的路径无关相位跟踪(PIRPT)或多项式相位拟合(PPF)算法进行位相解调。解调位相可以利用Zernike多项式进行正交波前分解。 研究了非零位ASSI系统原理误差(即回程误差)校正和子孔径拼接问题。提出了系统的传递函数模型,揭示了系统回程误差校正的实质,即逆问题求解。提出了多孔径逆向优化(ROR)和理论参考波前(TRW)两种回程误差校正算法。前者的基本思想是非线性优化,后者的基本思想则是波前的加减。对于校正回程误差后的各独立子孔径数据,可以利用拼接算法重构被测非球面的完整面形。误差分析表明,多孔径ROR和TRW算法理论误差的峰谷(PV)值分别优于λ/1000和λ/20,拼接算法误差的PV值优于λ/1000。 研究了非零位ASSI系统中的关键性误差。分析了除上述回程误差和软件误差外的四种硬件误差,分别是PCS的1)模型误差和2)对准误差;非球面的3)定位误差和4)对准误差。1)提出了PCS模型误差的校准指标,即折射率误差小于e-5、厚度误差小于5μm)曲率半径相对误差小于0.005%;2)提出了基于辅助平板和辅助球面的PCS对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±10"和±6μm内;3)提出了基于组合消球差镜或像面波前离焦量的非球面定位方法,可以将其定位误差控制在±6μm内;4)提出了基于像面波前倾斜和慧差的非球面对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±2"和±5μm内。 实验验证了非零位ASSI技术的正确性和系统的检测精度。利用非零位ASSI系统对3块抛物非球面(其中2块与顶点球最大偏离56.5μm,另1块最大偏离9.0μn)进行了子孔径拼接和无拼接检测实验。其检测结果与无像差点法和Zygo公司Verifire干涉仪检测结果一致,PV值偏差小于λ/10,均方根(RMS)值偏差小于λ/50。这证明ASSI系统具有较高的检测精度、较强的检测能力和较大的动态检测范围。 本文以理论和实验并重,重点研究了非零位ASSI系统中的理论基础和主要误差问题,并进行了实验验证。考虑到日益增长的非球面应用范围,非零位ASSI检测系统潜存着巨大的经济效益,将有力推动我国乃至世界非球面面形检测技术的发展。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O436.1;TP274

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 师途;杨甬英;张磊;刘东;;非球面光学元件的面形检测技术[J];中国光学;2014年01期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘惠兰,郝群,朱秋东,沙定国;利用部分补偿透镜进行非球面面形测量[J];北京理工大学学报;2004年07期
2 陆永贵;杨建东;;光学非球面度的探讨[J];长春理工大学学报;2005年04期
3 侯溪,伍凡,杨力,吴时彬,陈强;环形子孔径拼接算法的精度影响因素分析[J];光电工程;2005年03期
4 雷柏平;伍凡;陈强;;大口径非球面Ronchi光栅测量方法[J];光电工程;2007年04期
5 冯婕;白瑜;邢廷文;;Zernike多项式波面拟合精度研究[J];光电技术应用;2011年02期
6 张峰,余景池,张学军,王权陡;磁流变抛光技术[J];光学精密工程;1999年05期
7 鄢静舟,雷凡,周必方,高志强;用Zernike多项式进行波面拟合的几种算法[J];光学精密工程;1999年05期
8 卢振武,刘华,李凤有;利用曲面计算全息图进行非球面检测[J];光学精密工程;2004年06期
9 王勤;余景池;胡祖元;;非球面复制成型技术的研究[J];光学技术;2006年01期
10 程维明,林有略,陈明仪;多孔径扫描波面恢复技术的精度评定及影响因素[J];光学学报;1993年08期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 丁凌艳;非球面相位恢复检测技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 满玉春;基于数字莫尔条纹的非球面检测技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
3 郭培基;补偿法检测非球面的若干关键技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
4 杨甬英;可用于瞬态激光波前畸变实时检测技术的研究[D];浙江大学;2002年
5 张蓉竹;ICF系统光学元件高精度波前检测技术研究[D];四川大学;2003年
6 刘华;利用曲面计算全息图检测非球面[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
7 刘智颖;子孔径拼接光学系统的研究[D];长春理工大学;2009年
8 徐建程;相位干涉测量的信息理论分析[D];中国工程物理研究院;2009年
9 张金平;夏克—哈特曼波前传感器检测大口径非球面应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭建华;干涉法球面面形绝对检测技术研究[D];浙江大学;2012年
2 徐建程;高分辨率波前干涉检测技术研究[D];中国工程物理研究院;2006年
3 翁俊淼;非球面检测的若干基础理论研究[D];浙江大学;2008年
4 庞永杰;计算全息法检测凹非球面研究[D];昆明理工大学;2008年
5 季波;子孔径拼接干涉检测非球面光学元件[D];南京理工大学;2008年
6 刘崇;非球面环形子孔径拼接干涉测试方法研究[D];南京理工大学;2009年
7 刘亮;基于离轴型CGH的非球面检测技术研究[D];南京理工大学;2009年
8 朱黎明;基于子孔径拼接的非球面检测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 肖冰;大口径光学元件表面疵病自动化检测系统关键问题讨论与研究[D];浙江大学;2010年
10 洪小苗;双CGH检测凸非球面研究[D];苏州大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙可;;一种塑料光学非球面镜片的成型技术[J];工程塑料应用;2009年06期
2 张红辉;廖昌荣;刘永贵;邹卫东;陈伟民;;磁流变阻尼技术及其在军用装备系统中的应用[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
3 李建新;;哈特曼像差自动测量系统设计与开发[J];半导体技术;2009年04期
4 刘家国;李林;;光机热集成分析中数据转换接口研究[J];北京理工大学学报;2007年05期
5 孟晓辰;郝群;朱秋东;胡摇;;CCD像元尺寸对移相干涉术相位测量精度的影响[J];北京理工大学学报;2011年09期
6 王谭;程灏波;冯云鹏;董志超;;典型光学加工中边缘效应仿真分析[J];北京理工大学学报;2011年09期
7 王承遇;李松基;陶瑛;张咸贵;齐济;;超光滑超精密玻璃抛光新技术[J];玻璃;2009年10期
8 董文勇,王平;用偏振移相共路剪切干涉仪测量光学非球面[J];北京工商大学学报(自然科学版);2003年03期
9 陈伟;赵罘;;神经网络在非球面镜面型多项式反求中的应用[J];北京工商大学学报(自然科学版);2009年04期
10 陆永贵;杨建东;;光学非球面先进制造关键技术的探讨[J];长春理工大学学报;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢家兴;刘洪山;王建;代秋芳;;基于Authorware的工程光学多媒体教学系统的制作[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 黎新;黄国亮;李强;陈圣依;;钻石多面体几何结构特征的频谱分析及应用研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 贾大功;赵振;马彩缤;张红霞;张以谟;;基于ARM的嵌入式光纤端面检测仪的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 吕且妮;崔宇明;蔡怀宇;王强;;“工程光学实验”教学平台的设计与建立[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 周广梅;郭峰;李宏升;;润滑油膜厚度测量彩色光干涉图像的复现[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
6 王承遇;李松基;陶瑛;张咸贵;齐济;;超光滑超精密玻璃抛光新技术[A];中国硅酸盐学会玻璃分会2009年全国玻璃科学技术年会论文集[C];2009年
7 张峰;张学军;余景池;王权陡;郭培基;;磁流变抛光数学模型的建立[A];现代光学制造技术论文集[C];2002年
8 蒋凌颖;张冬仙;郑晓东;林逸群;毛小兰;闻春敖;;自组装光栅光谱仪实验[A];2006—2010年教育部高等学校光电信息科学与工程专业教学指导分委员会及协作委员会2009年全体会议论文集[C];2009年
9 吕且妮;崔宇明;蔡怀宇;王强;;“工程光学实验”教学平台的设计与建立[A];2006-2010年教育部高等学校光电信息科学与工程专业教学指导分委员会及协作委员会2010年全体会议论文集[C];2010年
10 谢家兴;刘洪山;王建;代秋芳;;基于Authorware的工程光学多媒体教学系统的制作[A];2006-2010年教育部高等学校光电信息科学与工程专业教学指导分委员会及协作委员会2010年全体会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔闹生;PCB自动光学检测的图像检测与处理关键技术研究[D];电子科技大学;2010年
2 杨承;日盲型紫外探测和直升机着舰光电助降技术的研究[D];电子科技大学;2010年
3 王鑫;数字图像盲取证技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
4 雷波;直线边缘光学精密测量系统研究与开发[D];武汉理工大学;2010年
5 陈龙江;曲面激光直写中若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
6 刘钦晓;波前编码成像系统解码算法理论研究及其应用[D];浙江大学;2010年
7 刘东;通用数字化高精度非球面干涉检测技术与系统研究[D];浙江大学;2010年
8 孙鸣捷;微型投影显示系统中混合光源照明技术和激光散斑消除技术的研究[D];浙江大学;2010年
9 齐海兵;可调谐光纤法布里—珀罗滤波器的理论与实验研究[D];华中科技大学;2011年
10 胡毅;关节式坐标测量机热变形误差建模及修正研究[D];合肥工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙威;Φ800mm通光口径纹影系统结构分析与设计[D];中国工程物理研究院;2010年
2 曹自然;大型板类零件孔形位尺寸检测系统[D];长春理工大学;2010年
3 赵辉良;面向切削、研抛的高效NURBS曲线插补算法研究[D];湘潭大学;2010年
4 赵兰兰;EDFA增益斜率影响因素的实验研究和数值模拟[D];江南大学;2010年
5 严波;基于虚拟样机技术的GXBPJ-70下摆式抛光机研究[D];昆明理工大学;2009年
6 赵羲;小天体撞击探测光学成像仿真技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
7 张万祯;流式图像赤潮监测仪光学系统设计[D];福建师范大学;2010年
8 上官王聘;大功率半导体激光器阵列光束整形系统研究[D];浙江大学;2011年
9 骆永洁;非球面部分补偿干涉检测方法的误差分析及系统优化研究[D];浙江大学;2011年
10 尚红波;超短脉冲激光时空特性的仿真研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘惠兰,郝群,朱秋东,沙定国;利用部分补偿透镜进行非球面面形测量[J];北京理工大学学报;2004年07期
2 侯溪,伍凡,吴时彬,陈强;以环形子孔径扫描法测量大口径非球面的研究[J];光电工程;2004年09期
3 雷柏平;伍凡;陈强;;大口径非球面Ronchi光栅测量方法[J];光电工程;2007年04期
4 谢意;陈强;伍凡;邱传凯;侯溪;张晶;;凹非球面检测的双计算全息图设计及制作[J];光电工程;2008年06期
5 王伟波;谭久彬;;非球面非零位拼接测量的对准误差模型[J];光电子.激光;2010年02期
6 郎治国;谭久彬;;大口径非球面的超精密回转扫描测量技术研究[J];光电子.激光;2010年06期
7 郭培基,余景池,孙侠菲;一种大数值孔径小非球面检测用补偿器设计[J];光学精密工程;2002年05期
8 卢振武,刘华,李凤有;利用曲面计算全息图进行非球面检测[J];光学精密工程;2004年06期
9 王孝坤;王丽辉;张学军;;子孔径拼接干涉法检测非球面[J];光学精密工程;2007年02期
10 戴一帆;曾生跃;陈善勇;;环形子孔径测试的迭代拼接算法及其实验验证[J];光学精密工程;2009年02期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩成顺,董申,唐余勇;大型光学非球面超精密磨削的几何模型研究[J];兵工学报;2004年06期
2 李博,俞信,胡新奇;利用动态跟踪原理进行质心计算的新方法[J];北京理工大学学报;2002年01期
3 刘惠兰,郝群,朱秋东,沙定国;利用部分补偿透镜进行非球面面形测量[J];北京理工大学学报;2004年07期
4 王志坚;郑建平;;光学系统及元件动态下物象共轭理论[J];长春光学精密机械学院学报;1992年02期
5 陆永贵;杨建东;;光学非球面度的探讨[J];长春理工大学学报;2005年04期
6 陆永贵;杨建东;;光学非球面先进制造关键技术的探讨[J];长春理工大学学报;2006年02期
7 蔡伟建;李津蓉;;利用莫尔偏转法测量轴对称相位物体[J];传感技术学报;2007年02期
8 肖永鹏;任涛;;二元光学在凸非球面零件检测中的应用[J];东北师大学报(自然科学版);2007年03期
9 朱昊;解波;黄振宇;赵子英;严瑛白;;泰曼-格林干涉仪干涉条纹计算机图像处理实验系统[J];大学物理;2007年02期
10 颜重光;;发展迅速的AC直接驱动LED光源技术[J];电子产品世界;2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏明亮;高精度人眼像差哈特曼探测器的研制[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 罗霄;采用平转动应力盘技术加工超大口径非球面的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
3 史广维;基于矢量波像差理论的反射望远系统装调研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
4 王权陡;计算机控制离轴非球面制造技术研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2001年
5 迟学芬;基于信息理论的采样成像系统评价与系统技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
6 张蓉竹;ICF系统光学元件高精度波前检测技术研究[D];四川大学;2003年
7 郑立功;离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
8 谢永军;曲面激光直接写入技术[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
9 彭小强;确定性磁流变抛光的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
10 周杰;反射式投影显示光学系统的理论分析和应用研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 倪颖;小型非球面轮廓测量仪的原理和应用[D];苏州大学;2003年
2 白雪莲;液晶电视用于计算全息非球面测试技术的研究[D];南京理工大学;2004年
3 杨子江;球面及柱面绝对测量技术研究[D];南京理工大学;2004年
4 李斌;干涉法实时检测浅度非球面的方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
5 李国;新型非球面超精密加工装置数控系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 徐建程;高分辨率波前干涉检测技术研究[D];中国工程物理研究院;2006年
7 缪莹莹;基于LED照明的DLP投影显示系统研究[D];浙江大学;2007年
8 王朝暄;大口径光学平面干涉检测的子孔径拼接研究[D];南京理工大学;2007年
9 陆春华;基于机器视觉的大口径精密表面疵病检测系统研究[D];浙江大学;2008年
10 庞永杰;计算全息法检测凹非球面研究[D];昆明理工大学;2008年
【相似文献】
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1 肖光辉,郭伟远,李新南;离轴扇形镜面非球面度的计算[J];天文研究与技术;2004年04期
2 Erich Heynacher ,辛企明;用机械法制造非球面[J];光学技术;1987年01期
3 高必烈,王永;大非球面主镜细磨时面形的检验[J];光学技术;1992年01期
4 王权陡,余景池,张学军,张忠玉;离轴非球面最接近球面半径及非球面度的求解[J];光电工程;2000年03期
5 陆永贵;杨建东;;计算机控制光学表面成形法初值的确定[J];光学技术;2006年06期
6 伍凡;;高次非球面度的计算方法[J];应用光学;1992年01期
7 沙定国,全书学,朱秋东,苏大图;光学非球面度的定义及其准确计算[J];光子学报;1995年01期
8 杜玉军,任海霞,刘中本;光学非球面元件非球面度计算方法[J];应用光学;2002年05期
9 朴承镐,蔡立;国内外非球面光学零件加工技术的现状及新进展[J];光学技术;1993年05期
10 王红军,田爱玲,杜玉军;非球面最适球面的确定方法——三点法[J];应用光学;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 李均盛;范琦;莫卫东;杨百愈;冯明德;陈红雅;;用于非球面点衍射检测的最佳匹配球参数获取方法研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 马占龙;李显凌;刘健;王君林;;超光滑光学表面加工技术现状及发展趋势[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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1 本报记者 茹希佳;崔向群:脚踏大地遥望星空[N];中国妇女报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 刘春雨;非球面补偿检测的准确度研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
2 刘东;通用数字化高精度非球面干涉检测技术与系统研究[D];浙江大学;2010年
3 田超;非球面非零位环形子孔径拼接干涉检测技术与系统研究[D];浙江大学;2013年
4 周林;光学镜面离子束修形理论与工艺研究[D];国防科学技术大学;2008年
5 高瑀含;高斯光束整形技术研究[D];长春理工大学;2012年
6 李国;基于刀具摆动进给的非球曲面超精密车削方法及系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 刘振宇;大口径非球面反射镜组合加工技术驻留时间算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
8 宋辞;离轴非球面光学零件磁流变抛光关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 骆永洁;非球面部分补偿干涉检测方法的误差分析及系统优化研究[D];浙江大学;2011年
2 徐海华;非球面硅透镜加工工艺及误差补偿技术研究[D];昆明理工大学;2013年
3 李春慧;SiC陶瓷非球面器件磨削轨迹的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 卢明明;非球面光学零件抛光关键技术的研究[D];长春工业大学;2011年
5 王磊;非球面研抛机床关键部件结构设计及仿真分析[D];长春工业大学;2012年
6 熊衍建;机载大口径长焦距折衍混合非球面红外光学系统设计[D];湘潭大学;2012年
7 王波;特殊型卡塞格林系统的加工与检测技术研究[D];长春理工大学;2013年
8 袁颖华;小型反射/折反射式望远镜的研究[D];苏州大学;2011年
9 李卓霖;聚光椭球面镜的研制[D];长春理工大学;2012年
10 李重阳;用于超高精度非球面面形检测的CGH的设计、制作及误差分析[D];吉林大学;2013年
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