[发明专利]基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法

权利要求书

1.一种基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，其特征在于球面绝对测量的步骤如下：

第一步：在菲索型相移干涉仪的光轴上依序安装标准镜头、被测球面光学元件、六维调整架，被测球面光学元件、六维调整架置于电控平移台上，电控平移台和驱动器分别与计算机控制及数据处理系统连接，菲索型相移干涉仪与计算机控制及数据处理系统连接；在被测球面光学元件上设置三个及以上特征标记；

第二步：计算机控制及数据处理系统驱动驱动器控制电控平移台在光轴方向移动被测球面光学元件到标准镜头中参考面的曲率半径位置处，利用六维调整架调整被测球面光学元件的位置，用以实现“猫眼”位置零检测，并保存该“猫眼”位置测量数据；

第三步：计算机控制及数据处理系统驱动驱动器控制电控平移台在光轴方向移动被测球面光学元件到共焦位置处；被测球面光学元件为凹球面的共焦位置为参考面和被测球面光学元件的曲率半径之和，被测球面光学元件为凸球面的共焦位置为参考面和被测球面光学元件的曲率半径之差；利用六维调整架调整被测球面光学元件的位置以实现该共焦位置零检测，并保存该共焦位置测量数据；通过计算机控制及数据处理系统对测量数据中多个特征标记进行几何中心位置和形状参数分析计算；

第四步：通过六维调整架中的精密转台将被测球面光学元件旋转180/N度并进行位置调整，以实现该共焦位置零检测，保存该共焦位置测量数据；计算机控制及数据处理系统对该测量数据中多个特征标记进行几何中心位置和形状参数分析计算，确定与第三步中多个特征标记确定的相对旋转角度误差是否满足误差容限要求；如果满足误差容限要求，则进行第五步；若不满足，则重复该第四步直至达到要求；

第五步：通过六维调整架中精密转台将被测球面光学元件继续按同一方向旋转180/N度并进行精密位置调整，以实现该共焦位置零检测，保存该共焦位置测量数据；通过计算机控制及数据处理系统对该测量数据中多个特征标记进行几何中心位置和形状参数分析计算，确定与第四步中多个特征标记确定的相对旋转角度误差是否满足误差容限要求，若不满足则重复该步骤直至达到要求，若满足误差容限要求则继续按同一方向旋转180/N度，重复该步骤直至以180/N度为增量包括第四步中所述的首次旋转在内共计旋转2N-1次，此时被测光学元件所处位置与初始位置角度为180/N度或360-180/N度；

第六步：将第二步到第五步所获得的一次“猫眼”位置测量和2N次共焦位置测量数据分为N组，每组由“猫眼”位置、被测球面光学元件某一共焦位置和与之相对旋转180度后共焦位置共三位置组成，其中第1组由“猫眼”位置测量、0度共焦位置测量和180度共焦位置测量组成；第2组由“猫眼”位置测量、180/N度共焦位置测量和180×(N+1)/N度共焦位置测量组成；第N组由“猫眼”位置测量、360×(N-1)/2N度共焦位置测量和360×(2N-1)/2N度共焦位置测量组成；中间各组根据上述规律类推，其中N＝1，2，3，4，5…，然后由计算机控制及数据处理系统进行数据处理，用以分离出与参考面无关的N组被测球面光学元件的面形误差信息；

第七步：由计算机控制及数据处理系统将N组由三位置法计算的被测球面光学元件面形误差数据旋转到同一方向，利用平均法进行数据平均处理，得到更为准确的被测球面光学元件面形误差，实现球面绝对测量。

2.根据权利要求1所述的基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，其特征在于：还包括对多个特征的匹配是将由计算机控制及数据处理系统根据设置在被测球面光学元件表面的多个特征标记在共焦位置测量数据中形成的特征进行几何中心位置和形状参数计算，进而对多个共焦位置测量间相对旋转角度进行控制；利用三个特征标记确定多个共焦位置测量间相对旋转角度，或更多的特征标记有利于提高旋转角度精度，但会丢失更多的有效测量数据，在实际操作中以满足误差容限要求作为特征标记数量优化选择依据。

3.根据权利要求2所述的基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，其特征在于：多个特征的匹配中具有对称分布的特征适合采用几何中心位置匹配，多特征匹配中具有不规则特征适合采用区域匹配方法。

4.根据权利要求1所述的基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，其特征在于：所述平均法是用来组合多次由“猫眼”位置测量、被测球面光学元件某一角度共焦位置测量和相对旋转180度后共焦位置测量组成三位置法绝对球面测量，用以提高球面绝对测量方法的准确性。

5.根据权利要求1所述的基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，其特征在于：所述六维调整架通过电控或手动调整，它由自定中心镜架、绕光轴中心360度的旋转转台、二维倾斜调整架和三维平移台组成，自定中心镜架安装在绕光轴中心360度的旋转转台上，用于装卡被测球面光学元件；旋转转台后面分别安装二维倾斜调整架和三维平移台；旋转转台分辨率为0.01度以上，定位精度为0.1度以上；三维平移台精度为微米级。