论文摘要
随着空间望远镜、侦察相机、激光武器等装备的光学系统朝着大口径、大相对口径方向发展,传统的全口径测量方法面临着巨大的挑战。全口径测量方法一般使用大口径干涉仪或者采用补偿镜,若使用大口径干涉仪则需要加工大口径、高精度的参考镜,但是加工大口径、高精度的参考镜不仅难度大,而且制造周期长、成本高。采用补偿镜也面临着同样的问题,在测量时还会引入补偿镜的加工和装配误差。子孔径拼接测量是最有希望解决上述问题的技术,它不仅可以免去加工大参考镜或补偿镜的麻烦,降低测量成本,而且可以获得大口径干涉仪所截去的波面高频信息。本课题研究的主要目的就是要有效解决子孔径拼接测量大口径、大相对口径镜面的关键技术问题,设计子孔径拼接工作站,该工作站能够同时满足大口径平面镜、大口径球面凹镜和凸镜以及非球面凹镜和凸镜的面形误差拼接测量需要,并用于指导光学镜面的超精密加工实践。论文研究工作包括以下几个部分:1、根据实际需求,设计了子孔径拼接工作站。子孔径拼接工作站主要分为两个部分,即机械部分和电气控制部分。首先是从子孔径拼接测量在光学和机械设计上的特殊要求出发,提出了子孔径拼接工作站总体设计方案,并利用光学检测原理,详细计算了子孔径拼接工作站的各个设计指标;其次,根据所计算的设计指标,确定了伺服系统;而后是对部分关键的零部件进行有限元软件分析和光学检测实验验证,确保所设计的结构满足光学检测的需要;最后根据控制需求,设计了子孔径拼接工作站的电气控制原理,搭建了数控系统。2、在子孔径拼接工作站上进行了子孔经拼接工作站的理论与实验研究。为了拼接测量获取数据的方便,根据串联机器人运动学理论,建立了子孔径拼接工作站的运动学模型,包括正向运动学和逆向运动学;而后,通过为磁流变加工提供面形误差数据,使其完成了一个矩形口径为350mm×15mm的K9玻璃的加工任务。此外,为了更好地验证子孔径拼接工作站的各项性能指标,又在其上进行了一个有效口径为Ф190mm的SiC平面镜实验,实验结果较为理想。最后,为了验证所设计的子孔径拼接工作站的精度是否符合设计要求,利用多体运动学理论对其进行精度建模,验证了其精度设计。3、研究了环形子孔径拼接检测。在子孔径拼接和定位算法的基础上研究了环形子孔径拼接算法,讨论了环形子孔径拼接中出现的新问题即如何确定重叠点的问题,并对算法的可行性进行了实验验证。同时,在子孔径拼接工作站上完成了一个环带拼接实验,拼接结果与全口径测量结果一致。