摘 要：介紹了一種大相對口徑非球面精磨階段面形的測量方法原理及實現(xiàn)其功能的軟件設(shè)計。利用機械接觸式裝置，通過長導軌及其光柵探頭的高度變化來直接測量非球面的矢高，并把所測得的三維數(shù)據(jù)傳輸給計算機。經(jīng)數(shù)據(jù)修正和預處理，通過MATLAB軟件計算得到整個鏡子的面形特征參數(shù)。其結(jié)果用來指導大口徑非球面的精磨加工。 
關(guān)鍵詞：zernike多項式；最小二乘法；波面；局部插值法
中圖分類號：TH706 
文獻標識碼：A
Research on testing techniques for larger aperture
aspherical surface in the fine grinding stage
TANG Jian-guan, WU Fan, WU Shi-bin
(Institute of optics & Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China)
Abstract: The measurement method and principle as well software designed to implement their functions for large aperture aspherical surface in the fine grinding stage are introduced. The contact mechanical equipment measures aspherical vector highness directly by a grating probe, and the three dimension data tested are transferred to a computer. After correcting data and pretreating, characteristic parameter of whole aspherical surface is obtained by MATLAB software. The tested result is used to guide manufacturing in the fine grinding stage,
Key words: zernike polynomials fit; least square method; wave front; local interpolation algorithm
1.引 言
長期以來非球面的制造與檢測技術(shù)一直是制約其廣泛應(yīng)用的兩大難題，尤其是大口徑非球面的檢測更是如此。眾所周知，大口徑非球面在精磨階段的檢測是影響整個非球面加工效率的關(guān)鍵所在。由于在精磨階段非球面的表面較粗糙，不能用常規(guī)的方法檢測，如刀口陰影法、激光數(shù)字干涉儀等進行檢測。盡管可以使用CO2紅外干涉儀來檢測，但是紅外干涉儀昂貴的價格對一般的加工車間難以使用。本文所介紹的定量檢測大口徑非球面的面形誤差的方法是采用計算機與光柵傳感器來檢測精磨階段的大口徑非球面鏡的面形質(zhì)量。用光柵探頭進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)接嬎銠C進行擬合處理和誤差分析，擬合出實際加工的面形，再與理想的非球面面形相比較，從而求出非球面的面形誤差函數(shù)和各種像差參數(shù)等，為拋光階段提供原始數(shù)據(jù)。這種方法直觀、成本低廉、操作簡單，并且能達到精磨時所要求的精度。
2.采集數(shù)據(jù)
接觸式檢測裝置是利用固定在非球面加工中心檢測臂上的數(shù)學測微計和水平方向上的長光柵及固定在旋轉(zhuǎn)軸上的圓光柵來進行三維定位的。由于非球面在直徑方向上即X，Y方向上的定位精度對矢高的變化影響不大，故對X方向和Y方向定位精度要求不高，但是對Z方向上的精度要求較高，其精度為±1μm。采集數(shù)據(jù)點的方法如下：
現(xiàn)以一塊相對孔徑為1：2，直徑為φ850mm，內(nèi)孔徑為150mm的拋物面鏡為例。采樣數(shù)據(jù)點的分布在拋物面鏡不同半徑的同心圓上，如圖1所示。
在測量前，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺和導軌，盡量使之水平，達到導軌不平度的精度。把拋物面鏡水平放置在轉(zhuǎn)臺上，假設(shè)OA為測量的起始位置，測頭清零，轉(zhuǎn)臺繞逆時針方向旋轉(zhuǎn)一周，測得均勻分布在圓周上20個點的坐標值及各點的矢高值，通過計算機的串行接口，把測得的各個數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，回到起始位置后，通過導軌把測頭向工作中心進給15mm，并清零，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)點，共測得20×20個離散數(shù)據(jù)點。
3.數(shù)據(jù)預處理
把測得的數(shù)據(jù)傳給計算機后，然后進行數(shù)據(jù)預處理。