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题名:
大型光学镜面误差刀口定量检测技术研究
作者: 景洪伟
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 伍凡 ; 范天泉
关键词: 大型光学镜面 ; 刀口仪 ; 定量检测
学位专业: 测试计量技术及仪器
中文摘要: 随着科学技术的飞速发展,大型光学镜面在天文、空间光学、热核聚变、激
光发射系统等高技术领域里得到了越来越广泛的应用。与此同时,这些光学镜面
的口径越来越大、F数越来越小,给传统的光学加工和检测技术提出了很大的挑
战。光学加工过程从本质上来讲是被加工光学元件向理论面形逐步收敛的过程,
其加工过程可以细分为三个阶段:粗磨、精磨和抛光。每一个不同的加工阶段都
需要与之精度相适应的检测技术,而这些检测技术一直是光学制造者们所要努力
解决的主要问题。本论文所研究的大型光学镜面误差刀口定量检测技术的研究目
标是将传统刀口仪由定性检测工具变为定量检测工具,以满足大型光学镜面在初
抛光阶段的面形误差检测需求,实现三坐标检测到干涉仪检测之间的衔接,有效
指导光学加工。本论文研究工作的主要任务就是要有效解决传统刀口仪的定量检
测技术难点和实际工程应用技术问题,建立一套大型(口径大于Ф300mm)光学
镜面初抛光阶段的定量检测装置。本论文的研究工作包括以下几个部分:
(1). 深入研究了刀口定量检测技术的几何光学原理、物理光学原理和初级像
差理论,并在此基础上提出了大型光学镜面误差刀口定量检测的实施方案。
(2). 依据几何光学原理对大型光学镜面误差刀口定量检测技术的数学模型
进行了推导,为传统的定性刀口仪向定量刀口仪转化提供了理论基础,为定量刀
口仪的实际工程应用提供了量化公式。
(3). 针对大型光学镜面误差刀口定量检测的实施方案,提出了实施方案中实
际考虑的因素和关键技术问题,为大型光学镜面误差刀口定量检测方案的实施提
供了指导。
(4). 进行了大型光学镜面误差刀口定量检测装置的硬件设计。通过采用光纤
光源、L型刀口及二维导轨、CCD像机和计算机系统,研制出了一套大型光学镜
面误差刀口定量检测装置。
(5). 进行了大型光学镜面误差刀口定量检测装置的软件设计。通过Matlab软
件编写了一套图像采集软件用于实时显示CCD图像,并对CCD图像进行采集和存
储;通过Matlab软件编写了一套数据处理软件用于完成刀口阴影图的量化分析。
(6). 进行了刀口定量检测的实验研究。为了验证所提出的数学模型的准确性
以及大型光学镜面误差刀口定量检测装置的可靠性,利用刀口定量检测装置分别
对一块Ф200mm、R=1041mm的球面镜和一块Ф620mm、F/2的抛物面镜进行了检
测实验,给出了详细的实验过程照片、刀口阴影图、刀口定量分析结果和干涉仪
对比实验结果。实验结果表明刀口定量检测结果与干涉仪检测结果比较一致。验
证了本论文所研制的大型光学镜面误差刀口定量检测装置用于初抛光阶段的大
型光学镜面面形误差检测的可行性。
(7). 对实验结果进行了总结和分析,结出了刀口定量检测装置的测量不确定
度分析。对刀口定量检测装置的主要误差来源进行了分析,讨论了各误差源对测
量不确定度的贡献,并提出了进一步提高测量精度的措施。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/553
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景洪伟. 大型光学镜面误差刀口定量检测技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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