一种高精度非接触式非球面面形检测系统的设计

摘要

非球面因其具有更高的自由度，有利于简化结构、减小像差等球面无法比拟的优势，越来越广泛地应用于光学设计中，但国内高精度非接触式非球面检测系统研制一直比较落后，国外检测设备也非常昂贵，限制了非球面技术在中小型企业及院校的进一步推广。 为了解决这一问题，本文提出了一种基于激光扫描技术的非球面测量方法，利用细激光束扫描非球面的轮廓面得到非球面的面形曲线，论文完成的工作和创新点主要包括以下几个方面： 1、分析现有的各种非球面测量系统的优缺点，考虑操作环境、实际需求等因素选择激光扫描式测量方案。分析以往激光扫描式测量方案的结构形式，提出一种在光路中加入反射镜的方案，用直线和旋转扫描机构带动反射镜进行扫描，增大了系统的测量范围并减小系统的复杂程度。 2、以往的激光扫描方案，通过测量反射光束在 CCD上的位置进行测角， CCD的大小和精度限制了测量精度的提高，本课题首次提出通过PSD寻找光斑中心实现改进型自准直测量的方式来进行角度测量，提高了系统的测量精度。 3、针对提出的方案设计完整光路，选型合适的光电器件。在 LightTools中对完整光路进行建模，确定光路中各个光学元件的位置和参数以及扫描机构的量程及精度。分析模拟数据发现需要在光路中加入缩束镜，根据LightTools中模拟数据设置参数，在CODEV中进行优化设计。 4、设计缩束镜和反射镜固定组件的机械结构，在系统各部分光机器件加工完成后进行装配和调试，并选择合适的非球面进行系统测试，采集直线位移、旋转角度以及PSD探测的数据。 5、利用迭代算法处理收集到的数据，重现待测非球面的面形，并与理论面形作比对，分析测量精度和产生误差的原因。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题主要内容

第2章 系统测量原理和方案

2.1 非球面测量系统工作原理

2.2 系统测量方案

2.3 本章小结

第3章 系统的光路设计与模型搭建

3.1 系统总体光路布局与分析

3.2 光器件选型

3.3 系统光路设计

3.4 本章小结

第4章 系统的结构设计与调试

4.1 机械结构设计

4.2系统光机器件装配

4.3 待测样品介绍

4.4 系统调试

4.5本章小结

第5章 数据采集与处理

5.1 数据采集

5.2 数据处理

5.3本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

参考文献

附录A 非球面样品检测的原始数据

发表论文和参加科研情况说明

致谢