扫描干涉仪动态过程建模(2)

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3 扫描干涉仪建模仿真 15

3.1 干涉仪光路搭建 15

3.2 追迹模型搭建 19

3.3 物像关系拟合 19

3.4 干涉图生成模型搭建 20

4 非球面实例检测 21

4.1 物像关系分布图 21

4.2 散焦范围内某位置处干涉图与物像拟合公式误差分析 23

4.3 轴向移动过程中干涉仪测量过程仿真 26

4.4 非球面装调误差仿真 29

5 总结与展望 33

致谢 34

参考文献 35

1 引言

1.1 工作背景

超精密微型加工技术、高精度数控机床的出现以及计算机和激光技术的发展，推动着非球面设计和加工的迅速发展，而非球面的高精度检测由于大口径、高非球面度以及环境误差的影响导致了检测方法迟迟跟不上非球面设计与加工的步伐[5]。不过随着光干涉方法的出现，一系列高精度非球面高精度检测方法围绕着干涉仪运用而生。比较常见的方法有补偿镜法、计算全息法、子孔径拼接法、剪切干涉法等，这些方法是采用光干涉的方法，利用干涉仪精度高，重复性好，测量时间短的特点设计而成[4]。但是这些方法都有着各自的缺陷。补偿镜法和计算全息法都需要制作额外的补偿镜或者全息面板，虽然非球面面形测量精度很高，但是必须针对非球面制作相对应的模板，制作困难并且花费昂贵，并不具有通用性[33]。而剪切干涉法只能检测小孔径非球面，子孔径拼接法虽然可以检测大孔径的非球面，但是孔径拼接容易产生迭代误差，而且拼接算法非常复杂[33]。而一种采用轴向扫描的非球面测量的光干涉方法与子孔径拼接法有点类似，但是，无需对干涉环带进行拼接。环形子孔径扫描测量方法既能够保证干涉测量的高精度，又不需要使用辅助光学元件，不仅拓展了小孔径非球面干涉仪的测量范围，还能够对大口径非球面的进行拼接测量，是一种有效的大口径非球面检测方法[14]。同时这种方法能给出被测表面上随意一点的面形数值，为大口径非球面的高精度加工检测提供了有效手段[14]。而且对于极端的光学元件，完全不使用补偿器是不可能的，但是使用轴向扫描光干涉测量检测技术却可以作为补偿检验外的另一种定量检测手段，可以用来相互验证，以确保检测的可靠性[14]。因此这种方法有着很大的研究价值。

轴向扫描光干涉测量方法中有着一系列的关键技术，比如运动控制算法、相位连接算法等，其中，相位连接算法是最关键的技术，而相位连接算法中追迹比较重要。相位连接算法中需要利用光线追迹来获取相干光在CCD上的交点与球面、非球面上对应点的物像关系，而在干涉仪对非球面的测量过程中，只能够获得非球面与被测件干涉所生成的光强分布，并不能够直接从干涉图中获取非球面对应点的坐标位置，所以需要搭建追迹模型，通过计算机辅助建模，我们就能够利用光学追迹软件获得物像关系。