[发明专利]一种用于非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于非球面光学检测技术领域，涉及一种用于非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿方法。

背景技术

非球面光学零件正越来越多地被用于空间光学、军事国防、高科技民用等领域。目前非球面的高精度检测方法主要有零透镜补偿、计算全息及子孔径拼接等方法。其中，子孔径拼接干涉测量方法主要是利用小口径干涉仪对大孔径非球面的各个局部子孔径区域进行测量，然后通过合理的拼接算法将各局部子孔径测量数据拼接成全局的面形测量结果。这种方法可以充分利用干涉仪的检测能力，提高其非球面测量的横向分辨率及测量范围。

子孔径拼接干涉测量方法主要包括两种方法：圆形子孔径拼接和环形子孔径拼接。圆形子孔径拼接的测量自由度较多，定位较为复杂，对非球面装夹机构的精度要求非常高；而环形子孔径拼接的测量操作较为简单方便，只有沿光轴方向的平移，没有沿光轴的旋转误差，测量效率更高，因而环形子孔径拼接是一种适用于大口径、大偏离非球面的高精度、高效率检测方法。环形子孔径拼接的基本原理是通过改变待测非球面与干涉仪之间的距离以不同曲率半径的参考球面波来匹配非球面不同的环带，再对不同环带的面形数据进行拼接，从而实现大口径大偏离的非球面全口径的检测目的。

目前影响环形子孔径拼接测量精度的主要因素是测量过程中存在的调整误差，在传统的拼接方法中只进行了x、y方向倾斜误差以及离焦误差的补偿，并未针对测量中存在的中心偏移误差进行补偿。由于非球面测量时存在非共轴检测和面形数据截取误差，导致面形测量中心与非球面实际中心出现偏差。中心偏移误差是非球面测量中普遍存在的情况，不仅会影响到初始面形数据的准确获取，同时也会降低各子孔径的拼接精度。所以如何准确有效的降低或消除中心偏移误差的影响是提高环形子孔径拼接检测精度的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿方法，实现对中心偏移误差的高精度补偿，提高环形子孔径拼接检测的精度。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种用于非球面环形子孔径拼接的中心偏移误差补偿方法，包括以下步骤：

1)、利用干涉仪对待测非球面的各子孔径进行测量，得到初始面形数据；

2)、根据待测非球面参数以及干涉条纹调整精度计算求解得到中心偏移边界值，待测非球面参数包括口径、顶点曲率半径、二次项系数；

3)、建立中心偏移量的误差匹配评价指标，根据步骤2)计算得到的中心偏移边界值生成像素级中心偏移量搜索矩阵，进行第一轮像素级搜索，计算像素级中心偏移量的误差匹配评价指标，寻找到最小误差匹配评价指标所对应的像素级中心偏移量，将此像素级中心偏移量作为最接近非球面实际中心偏移量的像素级中心偏移量；

4)、在步骤3)搜索得到的最接近非球面实际中心偏移量的像素级中心偏移量的±0.5个像素范围内生成亚像素级中心偏移量搜索矩阵，进行亚像素级搜索，其搜索过程与步骤3)一致，计算亚像素级中心偏移量的误差匹配评价指标，寻找到最小误差匹配评价指标所对应的亚像素级中心偏移量，得到最接近非球面实际中心偏移量的亚像素级中心偏移量，判断此时的最小误差匹配评价指标是否小于检测精度要求，若小于，则进行步骤5)，若不小于，则取更小步长的亚像素级中心偏移量搜索矩阵重复进行步骤4)，直到最小误差匹配评价指标小于检测精度要求；

5)、根据步骤4)中的亚像素级中心偏移量，通过五维精密调整架对被测非球面进行逆偏移方向的位姿调整，重复步骤1)～步骤4)，对中心偏移误差进行初步的硬件补偿，直到亚像素级中心偏移量小于五维精密调整架的分辨率；

6)、对于步骤5)中经过硬件补偿未能完全消除的部分中心偏移误差，采用软件补偿的方式进一步消除，得到补偿后的各子孔径面形数据；

7)、对步骤6)得到的补偿后的各子孔径面形数据，利用环形子孔径拼接方法实现非球面全口径面形的高精度测量。

所述的步骤2)中的计算过程为：假设通过干涉图像观察及精密调整架调整，使得沿偏移方向中心两侧的最大干涉条纹数量差在T个之内，即由中心偏移所导致的干涉图像最外侧的最大光程差差值Δd_max＝2Δδ_max小于T个波长，

建立如下方程组来求解经过初步调整后的中心偏移量范围，