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高精度轴对称非球面反射镜轮廓测量方法(特邀)

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红外与激光工程 2022年第9期51卷 114-121页

作者：范芯蕊刁晓飞吴剑威康岩辉哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所黑龙江哈尔滨150080 超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 黑龙江哈尔滨150080 中国计量科学研究院北京100029

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集... 详细信息

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动;设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块,实时跟踪扫描运动机构的位置信息,提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度,试验结果表明,测量误差小于0.2μm,重复性精度为70 nm,测量精度达到亚微米级。

关键词：面形检测非球面非接触测量干涉测头

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空间遥感器大口径反射镜的复合支撑结构

光学精密工程 2016年第7期24卷 1719-1730页

作者：王克军董吉洪宣明张缓缓迟春燕赵伟国中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林建筑大学吉林长春130118

针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和... 详细信息

针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和指标分配的理念设计了复合支撑结构。采用有限元分析的手段对设计结果进行了静力学和动力学仿真验证,然后对实际的支撑系统进行了相关的试验测试。试验结果表明,采用复合支撑的反射镜组件在工作状态下的面形精度优于λ/50(λ=632.8nm),镜体刚体位移小于0.01mm,镜体转角小于2″,质量小于50kg。整个组件模态分布合理,基频为161Hz,远高于设计要求的120Hz。各项仿真和测试结果均表明该复合支撑效果良好,满足空间遥感器对可靠性和稳定性的需求。

关键词：空间遥感器大口径反射镜复合支撑仿真分析面形检测力学试验

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三维成像中的二值时空编码照明方法

光学学报 2009年第3期29卷 670-675页

作者：李勇陈云富金洪震王辉浙江师范大学信息光学研究所浙江金华321004

提出了一种用于三维成像的二值时空编码照明方法。将投影平面的每一行分成由若干个像素组成的区间。利用区间内像素的空间坐标和时间坐标对区间进行编码。在测量时,通过对拍摄的图像序列分析,恢复区间的编码。在得到所有区域编码后,将... 详细信息

提出了一种用于三维成像的二值时空编码照明方法。将投影平面的每一行分成由若干个像素组成的区间。利用区间内像素的空间坐标和时间坐标对区间进行编码。在测量时,通过对拍摄的图像序列分析,恢复区间的编码。在得到所有区域编码后,将相邻的给定个数的区域编码组成代码子序列。然后在设计的代码序列中进行代码子序列匹配,得到场景表面、摄像机像面及投影平面三者之间的对应点。最后,采用三角测量原理得到被测物体的面形。实验结果表明,这种方法在得到高密度距离像的同时可以得到物体的纹理,而不需要额外拍摄图像。测量结果有较高的精度和稳健性。

关键词：机器视觉光学测量三维成像面形检测结构光照明时空分析

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1.2m微晶主镜的新型支撑

光学精密工程 2016年第10期24卷 2462-2470页

作者：邵亮赵勇志明名吕天宇刘昌华王洪浩中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对1.2m微晶主镜,提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案,用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。分析了该机... 详细信息

针对1.2m微晶主镜,提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案,用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。分析了该机构的工作原理,实验测试了主镜的面形精度及支撑系统的模态。机构分析表明该支撑方式可有效保证主镜定位精度和面形精度,并具有热解耦能力;有限元分析确认系统具有良好的支撑性能;面形精度检测得出主镜光轴垂直面形精度RMS达15.25nm,光轴水平面形精度RMS为20.75nm,模态测试则获得主镜支撑系统的一阶固有频率为60.3Hz。实测结果验证了该新型主镜支撑系统具有良好的面形保持能力及支撑刚度,分析结果与实测结果符合度较好,主镜光轴垂直和水平状态面形精度RMS的相对误差分别为14.0%和17.8%,一阶固有频率相对误差为10.8%。得到的结果验证了有限元建模及分析的可信性,支撑系统设计方案的合理性及相关理论推导的正确性。

关键词：微晶主镜主镜支撑面形检测模态测试有限元分析

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长程面形仪稳定系统的设计

北京理工大学学报 2018年第10期38卷 1085-1090,1095页

作者：杨斌高俊翔李明汤善志杨福贵北京科技大学国家材料服役安全科学中心北京100083 中国科学院高能物理研究所北京100049

分析了温度梯度、空气扰动、振动以及漂移误差对长程面形仪测量精度的影响,设计了一种以双层铝合金材料为主体带夹层内水循环的封闭性防护罩结构的长程面形仪稳定系统.通过封闭性的结构设计,以及夹层内增加焊点的方式,减小了空气扰动的... 详细信息

分析了温度梯度、空气扰动、振动以及漂移误差对长程面形仪测量精度的影响,设计了一种以双层铝合金材料为主体带夹层内水循环的封闭性防护罩结构的长程面形仪稳定系统.通过封闭性的结构设计,以及夹层内增加焊点的方式,减小了空气扰动的影响;通过导热性较好的铝合金材料和内循环水系统,提高了温度的稳定性;通过在内壁粘贴石墨导热膜,有效地避免了局部温升过大,提高温度分布的均匀性.运用ANSYS软件对稳定系统结构强度进行了校核,优化了焊点分布方案,进一步提高了结构刚度.实际测试结果表明:温度的稳定性由0.234K提高到0.186K,稳定性提高了20.5%;温度的均匀性由0.294K提高到0.232K,均匀性提高了21.1%,完全达到了应用要求;对K-B镜样品的实际测试表明,配有稳定系统的长程面形仪测量装置面形测量精度更高,噪声更小;自准直仪的性能测试表明,安装稳定系统后自准直仪的噪声得到了高效抑制,检测性能大幅提高.

关键词：长程面形仪光学测量面形检测误差分析稳定系统

基于修正Levenberg-Marquardt算法的非球面面形误差校正

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光学学报 2022年第5期42卷 86-94页

作者：邓建南王晗姚洪辉张嘉荣卓少木颜晓强省部共建精密电子封装国家重点实验室广东广州510006 广东工业大学机电工程学院广东广州510006

随着光学非球面行业的快速发展,生产面形精度优于0.1μm的非球面镜片产品已成为趋势。在非球面镜片的面形检测中,由于存在机械系统误差,被检测工件的坐标存在6个自由度的偏差,这将直接影响非球面的面形测量精度。因此,针对检测系统,需... 详细信息

随着光学非球面行业的快速发展,生产面形精度优于0.1μm的非球面镜片产品已成为趋势。在非球面镜片的面形检测中,由于存在机械系统误差,被检测工件的坐标存在6个自由度的偏差,这将直接影响非球面的面形测量精度。因此,针对检测系统,需要开发不确定度只有几十纳米的误差校正算法,以保证测量结果更贴近实际。通过数据仿真,在理想非球面的基础上叠加位置误差和面形误差以获得非球面原始三维数据,进而利用修正后的Levenberg-Marquardt全局优化算法,将所获原始三维数据与非球面标准方程作对比,并利用均方根(RMS)误差最小原理,成功分离和校正了非球面的位置误差。针对4种不同规格型号的玻璃非球面镜片,通过将实验结果与商用非球面轮廓仪UA3P的测量结果作对比,得出高匹配的结果,二者的峰谷值之差小于5 nm,均方根相差约为0.1 nm,结果验证了算法的准确性和稳健性。

关键词：测量光学非球面面形检测数据处理误差分离

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X射线柱面反射镜的非零位干涉测量

光学学报 2022年第4期42卷 229-236页

作者：邓婷刘锋伟覃蝶徐燕吴永前陈强中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院大学北京100049

针对拼接干涉测量技术除了引入拼接误差,还将引入机械运动误差的问题,为此提出一种X射线反射镜的非零位干涉测量方法,无需拼接便可实现零回程误差的高精度干涉测量。利用一块高精度平面镜来标定干涉系统在全视场范围内的回程误差。通过... 详细信息

针对拼接干涉测量技术除了引入拼接误差,还将引入机械运动误差的问题,为此提出一种X射线反射镜的非零位干涉测量方法,无需拼接便可实现零回程误差的高精度干涉测量。利用一块高精度平面镜来标定干涉系统在全视场范围内的回程误差。通过将待测非球面镜划分成多个子孔径,每个子孔径可近似看作一个平面,这样可以从标定数据库中找到该子孔径所对应的回程误差,通过简单的矩阵拼接可得到整个待测非球面镜的回程误差。以X射线椭圆柱面反射镜为例进行实验,实现X射线椭圆柱面反射镜非零位干涉测量面形的回程误差有效标定,相比于拼接干涉测量方法二者结果一致性较好,证实所提方法的正确性。

关键词： X射线光学 X射线镜面形检测回程误差 Zernike多项式

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大口径抛物面镜子孔径拼接测量

红外与激光工程 2014年第4期43卷 1296-1300页

作者：杨皓聿田爱玲刘丙才西安工业大学陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室陕西西安710032

针对大口径抛物面面形检测,提出一种基于无像差点的子孔径拼接测量新方法。首先,分析了该拼接方案特殊的子孔径生成方式及子孔径名义运动路径计算的形式;其次,通过建立统一的像面坐标系和全局坐标系的函数关系,结合坐标转换求解出各个... 详细信息

针对大口径抛物面面形检测,提出一种基于无像差点的子孔径拼接测量新方法。首先,分析了该拼接方案特殊的子孔径生成方式及子孔径名义运动路径计算的形式;其次,通过建立统一的像面坐标系和全局坐标系的函数关系,结合坐标转换求解出各个子孔径数据对应的全局坐标;最后,采用目标函数法拼接恢复出全口径面形。对一抛物面镜利用该拼接方案进行了计算机仿真实验,拼接得到RMS值的偏差为0.001 4λ。实验结果表明,该检测方法可以实现大口径抛物面镜的高精度测量。

关键词：大口径抛物面子孔径拼接面形检测目标函数法

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数字莫尔移相干涉仪误差多点标定与修正研究

仪器仪表学报 2018年第10期39卷 77-84页

作者：鹿丽华胡摇王劭溥郝群李林北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京卫星环境工程研究所北京100094

干涉测量在现有的光学元件面形检测方法中具有测量精度高的优势,应用相对广泛。但干涉仪元件的加工和装调误差会降低面形检测精度。提出一种利用夏克哈特曼波前传感器对实际干涉仪系统进行多点标定的方法,利用波前标定数据在光学设计软... 详细信息

干涉测量在现有的光学元件面形检测方法中具有测量精度高的优势,应用相对广泛。但干涉仪元件的加工和装调误差会降低面形检测精度。提出一种利用夏克哈特曼波前传感器对实际干涉仪系统进行多点标定的方法,利用波前标定数据在光学设计软件ZEMAX中实现对虚拟干涉仪系统的修正,结合数字莫尔移相算法,消除实际干涉仪加工和装调误差的影响。选取平面镜和可变形镜作为待测镜分别进行面形测量实验,结果表明,标定和修正后的数字莫尔移相干涉仪系统检测精度提高,与Zygo干涉仪的检测结果相比,面形趋势保持一致且峰谷值（PV）值误差相差在0.07λ（λ=532 nm）以内。

关键词：干涉测量多点标定波前修正面形检测