大口径元件拼接测量系统研发与实验研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期大口径元件拼接测量系统研发与实验研究肖虹，吉方，吴祉群，张云飞，雷艳华（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，绵阳６２１９００）摘要：在对子孔径拼接检测技术深入研究的基础上，建立了结构和运动控制更为优化的大口径元件拼接测量平台，改进了顺序拼接算法，减小了误差累积。进行了拼接测量实验，并对顺序拼接和同步拼接的适用性进行了探讨。关键词：子孔径拼接测量技术；顺序拼接；同步拼接中图分类号：Ｔ

2、Ｈ７４１　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—０１１４—０４StudyonthestitchingmeasuresystemandexperimentforlargepartsＸｉａｏＨｏｎｇ，ＪｉＦａｎｇ，ＷｕＺｈｉｑｕｎ，ＺｈａｎｇＹｕｎｆｅｉ，ＬｅｉＹａｎｈｕａ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣＡＥＰ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１９００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｅｐ

3、ｌｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｕｂ-ａｐｅｒｔｕｒｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｓｕｂ-ａｐｅｒｔｕｒｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｌａｒｇｅｆｌａｔｐａｒｔｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｓｔｉｔｃｈｉｎｇｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｅｅｒｒｏｒｓ．Ｅｘｐｅ

4、ｒｉｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｄｂｅｅｎｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｓｔｉｔｃｈｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｓｔｉｔｃｈｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Keywords：ｓｕｂ-ａｐｅｒｔｕｒｅｓｔｉｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｓｔｉｔｃｈｉｎｇ；ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｓｔｉｔｃｈｉｎｇ口径元件表面进行扫描测量，每个子孔径与相邻子孔０　引言径都存在一定的扫描重

5、叠区域，理论上重叠区域不同现代光学元件的制造能力在各种大型光学工程次测量得到的相位值是一致的，但实际上由于不同次和仪器的开发中正向着批量化、尺寸极大／极小化和测量存在相对平移、倾斜和离焦等误差，导致测量结超精密等方向不断发展。其中，大尺寸高精度的光学果并不相同。拼接就是利用重叠区相位值相同的原元件不仅在数量上持续增加，而且对表面质量的要求则建立各个子孔径之间的对应关系，从而得到全口径也不断攀升，全口径、全波段面形误差的检测已成为数据。两孔径拼接示意图如图１所示。大口径光学元件检测的主要目标，这需

6、要相应的测量方法和仪器。激光干涉测量是目前高精度光学元件面形检测的主要方法，但它是一种相对测量法，在测量时要求参考镜的口径和精度都必须高于被测件，使测量的难度和成本大大增加，同时，大口径干涉仪的横向分辨率相对偏低，无法满足中、高频面形误差的同［１，５］步检验。子孔径拼接技术用高精度的小口径干涉图１　两孔径拼接示意图仪通过扫描拼接实现大口径元件的测量，不仅成本低，易于实现，而且分辨率更高，特别适用于大口径平面光图１中，孔径A、孔径B为相邻子孔径，阴影部分学元件和大相对口径非球面面形误差的检测。口径

7、为为重叠区域。孔径A、孔径B的测量结果表达式为：２２矱１００、矱１２０和矱１５０ｍｍ的干涉仪称为小口径干涉仪，口wA（x，y）＝pA＋kxAx＋kyAy＋dA（x＋y）＋w０A２２径在矱３００ｍｍ以上的干涉仪称为大口径干涉仪。wB（x，y）＝pB＋kxBx＋kyBy＋dB（x＋y）＋w０B（１）式中：wA、wB分别为孔径A、孔径B的测量结果相位；x、［１-２］１　子孔径拼接检测原理y为相位点的位置坐标；pA、pB分别为孔径A、孔径B沿子孔径拼接检测是用小口径高精度干涉仪对大光轴方向的位移量；kx

8、A、kxB、kyA、kyB分别为孔径A、孔径１１４肖虹，等：大口径元件拼接测量系统研发与实验研究２０１３年第１１期B沿X轴、Y轴的倾斜系数；dA、dB分别为孔径A、孔径必然会导致子孔径位置的变化，所以这３个因素也要B的离焦系数；w０A、w０B分别为孔径A、孔径B的实际相控制。本文将运动轴X和运动轴Y的定位精度、重复位。定位精度、直线度、垂直度和扭摆误差共同产生的位在重叠区域w０A＝w０B，故有：置误差定义为综合定位误差，该误差应该小于所用干Δw＝wA－wB＝Δp＋Δkxx＋涉仪的最高物理分辨率，