[发明专利]基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法

摘要

本发明公开了一种基于多特征匹配和平均法的球面绝对测量方法，该方法通过对一个“猫眼”位置干涉测量和多个共焦位置干涉测量结果进行数据处理直接获得与参考面误差无关的被测球面光学元件面形误差信息。多特征匹配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形状进行准确的旋转角度控制和数据匹配，然后将多组由“猫眼”位置测量、被测球面光学元件某一共焦位置测量和与之相对旋转180度后共焦位置测量组成的三位置法计算结果进行平均处理，以提高被测球面光学元件绝对面形误差的准确性。本发明无需复杂的调整机构和辅助对准装置，同时可避免反复进行光路调整，在实际操作中的方便性和绝对测量结果的准确性之间保持了较好的平衡，具有较大的应用价值。

主权项

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。