面向精密制造的光学自由曲面在位偏折测量技术

摘要

复杂光学曲面的在位测量是当前精密工程领域面临的重要难题.偏折术对光学曲面的测量精度可与干涉仪相比,而且拥有更高的测量效率、稳定性及动态范围,因此具有广阔的应用前景.但是偏折测量本质上是一个标定问题,其测量精度直接取决于几何标定的可靠性.本文结合单点金刚石切削机床设计了原位偏折测量系统,采用机床中自带的气浮转台安装辅助反射镜,在两个姿态下进行光线追迹,通过数值优化计算各元件之间的相对位置,将标定精度提高一个数量级.根据反向投影偏差的统计规律,可有效分离工件的面形偏差与位姿误差.该方法有效利用了工件的名义面形信息,将传统的位置-面形单向映射转变为双向映射,显著提高了在位测量的灵活性与效率.对于复杂的自由曲面,采用子孔径拼接测量方法,对待测的局部区域发展了精准定位技术,有效保证了迭代重构过程的正确收敛.采用离轴抛物镜等光学曲面进行实验验证,所提出的偏折测量方法的精度优于150 nm RMS.