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科学家首次报道自由曲面自适应精密测试技术

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来源:光行天下 时间:2017-10-12 11:31:35 访问:334 次

  中国科学院光电技术研究所先进光学研制中心副研究员赵文川、清华大学精密仪器系副教授黄磊研究组,与美国亚利桑那大学光学加工中心教授Daewook课题组,在高精度自由曲面光学检测技术领域开展合作,近日在OpticsLetter和OpticsCommunications上发表两篇学术论文,首次报道了自由曲面自适应精密测试技术,解决了自由曲面精密加工过程中难以实时高精密测试的固有难题,创建了复杂自由曲面的适配和搜索算法,提高了精密测试效率,为建立普适性复杂自由曲面精密测试提供了新颖可行的技术途径。目前国内外未见相关论文报道。


  由于自由曲面的表面面形自由度更大,梯度更大,超出了传统干涉测量的动态范围,很难实现面形的高精度检测,这给光学自由曲面的制造带来困难,限制了光学自由曲面的发展与应用。光电所与清华大学组成的研究团队提出了全新的自由曲面检测技术,采用大行程变形镜作为面形补偿元件,使用条纹反射测量技术,实现高精度变形镜的实时动态监测与闭环控制,建立复杂自由曲面的面形自适应搜索模型,研究高精度的系统误差标定技术,使自由曲面能够实时快速检测,基本原理如图1所示。图2为检测实验现场图,图3为变形镜产生第四项和第九项zernike面形时,DS得到的变形条纹图和对变形镜面形变化的检测结果。实验中被测件为一带有像散的未知曲面,如图4(a),其面形误差超过了干涉仪的测量动态范围,因此干涉仪无法获得条纹而无法完成测量。基于该研究提出的测试装置及SPGD自适应搜索模型,在200秒左右可获得待测自由曲面的清晰条纹,如图4(d)所示。根据检测硬件建立系统检测模型,结合干涉检测结果和条纹反射测量结果,通过面形匹配与系统误差标定技术,得到被测面的面形误差,检测结果如图5所示。


  此项技术对待测对象没有特殊要求,所提出的测试装置结构简单、成本低廉,具有较好的普适性。该研究工作对光学自由曲面检测技术的发展具有重要意义。


  图1.基于变形镜补偿的自由曲面检测原理(DS:条纹反射测量装置,DM变形镜)


  图2.检测实验现场图


  图3.变形镜产生第四项和第九项zernike面形时条纹反射系统测量结果


  图4.干涉仪条纹图(a)未迭代搜索前条纹,(b)(c)迭代搜索1、2次后的条纹,(d)搜索完成后的条纹


  图5.检测结果(a)直接采用干涉仪的面形数据,(b)DM变形补偿后的干涉仪面形数据,(c)DS检测变形镜的结果,(d)系统误差标定后的最终结果

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【 责任编辑:刘芹 】

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