近年来,得益于加工、测量技术的发展,非球面已在光学工程各个领域得到广泛应用。目前,成熟的非球面测量方法有多种,但是这些检测方法检测非球面时难以同时兼顾通用性、便捷性及可靠性。相对而言,轴向扫描光干涉法检测非球面具有高效、通用性的优势,具有优良的应用潜力,但在测量精度方面还缺乏可靠验证。本文首先对轴向扫描光干涉法测量非球面的原理进行了研究,着重探讨了该方法中的若干核心技术,尤其是矢高重建原理等;其次,围绕测量原理开展了整套原理样机的硬、软件设计,并开发了整套系统;再次,对整套系统进行了不确定度分析,并以一面形偏差可溯源的抛物面样品为例,开展了详尽的实验论证工作。全文主要研究内容如下:轴向扫描光干涉法是一种结合高精度定位与局部相位测量进而求解矢高的技术。关键难题是扫描距离的划分、在轴向移动过程中待测件的姿态调整以及对环带数据的矢高重建。针对各难题介绍了扫描路径划分算法、计算机辅助装调算法、矢高重建算法。面对传统矢高重建算法中矢高误差随着环带增大误差发生累积的问题,研究了一种矢高重建的优化算法,并进行仿真测试,验证新矢高重建算法的正确性。为了实现高效测试非球面,进行轴向扫描非球面自动化测试系统硬件和软件的设计。进行斐索干涉系统、四维架控制系统、微位移精密控制系统的硬件设计以及控制与通信软件包、参数分析软件包、干涉图数字处理软件包、环带干涉图群处理软件包、波像差评价软件包的软件设计,提供了一个能够自动进行路径扫描划分、待测件姿态自动调整、环带数据采集、矢高重建的非球面面形测试系统设计方法。针对测量系统中存在的轴向运动定位误差、矢高重建误差、球面系统的光学质量误差等,逐一分析了对面形测量结果的影响,并对测量系统的不确定度进行了评定,整套测量系统合成不确定度为1/10λ。随后,利用抛物面具有无像差点,其面形误差能够溯源至球面基准的特点,通过测量结果比对验证轴向扫描光干涉测量系统的精度。其与无像差点法检测结果的PV、RMS的差值均小于1/20λ。并且,通过对同一待测件进行全天候间隔2小时共12组每组10次的测试验证了测量系统的重复性、稳定性,面形测试结果的测量不确定度可以达到1/25λ(PV)。通过以上内容的研究,利用优化后的矢高重建方法以及自动化轴向扫描光干涉非球面测试系统,完成了对轴向扫描光干涉系统的精度和重复性精度验证,进一步验证了轴向扫描光干涉法高效高精度检测非球面的可行性。