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大口径高精度光学元件,特别是非球面光学元件,已经广泛应用于航空航天、天文及惯性约束聚变(ICF)激光装置等国家重大工程中,特殊的工作环境对光学元件的面形精度和表面质量均提出了很高的要求。在制造过程中,为了达到各项技术参数的要求,非球面光学元件必须经过反复检测,并将检测得到的面形精度信息反馈到加工系统中,以指导下一步加工工序的修正和补偿。为了使大口径光学元件检测平台的测量信息能够准确地指导加工,对大口径光学元件检测平台的精度提出了更高的要求。 本文以所在课题组自行研发设计的“大口径光学元件检测平台”为研究对象,围绕检测平台综合误差分析等关键问题,采取理论与试验相结合的方式进行研究。主要研究内容如下: 对大口径光学元件检测平台的误差源及其特性进行分析,根据检测平台的结构特征与各直线轴之间的运动关系,综合考虑检测平台直线轴各项误差的耦合关系,提出一种检测平台综合误差建模方法。借助激光干涉仪、激光位移传感器对大口径光学元件检测平台的定位误差、直线度误差、俯仰偏摆角误差进行测量,借助球杆仪测得检测平台各直线轴的轴间垂直度误差,并对测得的数据进行拟合,分析其变化规律。基于测得的误差并结合检测平台的综合误差模型可计算的综合误差在x、y、z三个方向的误差分量。球杆仪测量同时对检测平台的二维平面联动误差进行综合测量,对球杆仪平面联动误差结果进行误差溯源分析,分析圆偏差的影响因素及各因素所占比例,合理有效评价检测平台的测量精度。 同时为了验证本文中所提的检测平台综合误差数学建模方法的正确性,利用检测平台对泰勒霍普森Form Talysurf PGI1240轮廓仪的校准半球进行空间曲面的测量。获取检测平台z方向的误差分量,分析相应位置的误差分量,并与检测平台误差建模的计算值进行对比,验证了本文所提的检测平台综合误差计算模型的正确性与有效性。 综上,本文建立的检测平台综合误差模型为大口径光学元件检测平台的误差补偿提供了理论指导,能有效提高检测平台的测量精度,使检测结果能够更准确地指导补偿加工,具有较好的学术价值和应用意义。