基於結構照明的大尺寸非球面鏡檢測方法研究

《基於結構照明的大尺寸非球面鏡檢測方法研究》是依託四川大學，由陳文靜擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於結構照明的大尺寸非球面鏡檢測方法研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：陳文靜
• 依託單位：四川大學

項目摘要

在強雷射武器發射系統、空間光學、天文光學、雷射核聚變等諸多領域中, 廣泛地使用大口徑非球面鏡, 它具有成像質量高、體積小、重量輕的特點, 起著球面鏡無法替代的作用。長期以來大口徑非球面的製造與檢測技術一直是制約其廣泛套用的兩大難題。在大鏡製造和檢測領域，國內外存在較大差距。本項目從廣義信息傳遞和變換的觀點研究干涉型計量和結構照明型計量的共性和差異性, 借用結構照明型三維面形測量的基本理論和方法研究光學元件波面檢測過程,探索一種新的光學波面檢測方法，用於大口徑非球面鏡的測量。本項目將採用結構光投影技術、反向結構光投影技術、結構光偏折技術、高精度相移技術等結構照明型計量技術，實現大口徑非球面鏡的三維面形重建。特別針對2米及2米以上的大鏡粗磨和精磨加工，提供一種精度恰當的面形檢測和質量控制方法和檢測手段，研製原理實驗樣機，並建立指導加工過程的面形波面分析軟體平台。

結題摘要

大口徑非球面鏡在天體觀察，強雷射武器發射系統，空間通訊系統等諸多領域有著越來越廣泛的使用。大口徑非球面鏡的檢測技術一直是先進光學製造及測試領域研究的課題，解決粗磨非球面化和精磨的高精度、高效率、非接觸測量是這一領域的難題之一。項目“基於結構照明的大尺寸非球面鏡檢測方法研究”對基於結構照明的大尺寸非球面鏡檢測的原理、方法和關鍵技術進行了系統深入的研究。提出適於用非球面鏡初磨非球面化和精磨初拋光階段檢測的方法，解決了系統標定技術難題。設計和研製原理實驗樣機、建立指導加工過程面形波面分析的軟體平台，在大鏡檢測的實驗研究等方面取得了較大進展，所提方法將在國家十二五計畫4米大鏡的檢測中採用。主要結果如下： 1.提出採用條紋偏折技術的大尺寸非球面檢測原理與方法，提出基於全局位姿和約束光束平差最佳化的系統標定新方法，解決了攝像機、顯示器與被測大鏡的位姿標定的難題，完成了從梯度數據重建三維面形的積分算法設計和軟體編制，提高了相位測量偏折術的測量精度；提出基於虛擬拋物面概念的非球面測量新方法，測量光路採用了離軸結構，避免了遮擋、占位問題，具有更大的靈活性，該方法能夠以較高精度測量深度非球面。 2.提出基於反向攝影測量的光學三坐標測量方法和基於相位標靶的三坐標測量方法。設計了二維位相標靶，通過計算標靶上條紋的相位分布來建立攝像機坐標系與標靶所在的世界坐標系之間的關係，從而計算出測點在世界坐標系中的坐標。大大增加用於標定的特徵點, 提高了測量精度。 3.提出一種大口徑非球面鏡全場掃描干涉檢測方法，通過計算機控制電控平移台使干涉儀和待測非球面鏡沿對稱軸移動，完成大口徑非球面鏡的掃描測量，獲取三維空間的干涉條紋圖，進行全孔徑波前重構。 項目研究期間，發表SCI論文28篇，EI論文27篇（不重複統計），包括Optics Express 4篇、Optics Letters 1篇、Applied optics 6篇等，參編英文專著1部。組織國際學術會議2次（任共主席）。國際會議大會特邀報告2篇，分會邀請報告4篇。申請發明專利11項，已授權4項，所提出的檢測方法和所取得成果具有完全自主智慧財產權。