光学零件表面轮廓干涉测量方法研究

论文摘要

干涉测试技术以光波干涉原理为基础进行测试。与一般的光学测试技术相比,干涉测量技术具有更高的测试灵敏度和准确度,不会对被测件带来表面损伤和附加误差。剪切干涉是将待测波面和其自身的一个微小平移波面进行干涉的测量技术,由于它不需要标准参考波面,灵敏度可调,因此特别有利于测量与球面相差较大的非球面,有很好的应用前景。许多剪切干涉仪采用共光路系统,可以抵抗外界扰动的影响,对照明光源的相干性和干涉装置平台的稳定性要求低。本论文对国内外光学零件表面轮廓干涉测量方法进行了综述。在对国内外的大口径光学元件检测方法进行广泛调研的基础上,评述了大口径光学元件检测方法的研究现状,重点对常用的非球面检测方法进行了分析与研究。阐述了大口径光学元件检测的重要意义,并针对目前大口径光学元件检测技术存在的问题提出了本论文的研究内容。对光学零件表面轮廓剪切干涉测量理论和系统测量原理进行了研究。详细分析研究了传统剪切干涉法、Zygo干涉仪和EFL M50剪切干涉仪的测量原理、特点和系统结构,并对剪切干涉测量所得的干涉图信息处理及相位分析进行了理论研究。进行了光学零件表面轮廓测量实验与测量方法研究。分别使用PGI表面形状测量仪和EFL M50剪切干涉仪对金刚石车削铝平面表面做了测量实验,并将测量实验结果进行对比分析。EFL M50剪切干涉仪检测效果良好。最后对光学零件表面轮廓测量实验的结果进行误差分析,对PGI表面形状测量仪和EFL M50剪切干涉仪进行大口径光学元件测量的优缺点进行了评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 国内外大口径光学元件加工技术发展现状
• 1.2.2 国内外大口径光学元件测量技术发展现状
• 1.2.3 剪切干涉测量方法国内外技术发展现状及趋势
• 1.3 论文主要内容
• 第2章 光学零件表面轮廓测量方法
• 2.1 剪切干涉测量原理
• 2.1.1 传统剪切干涉测量原理
• 2.1.2 Zygo 干涉仪的结构及工作原理
• 2.2 EFL M50 干涉仪测量原理
• 2.2.1 EFL M50 干涉仪测量理论
• 2.2.2 剪切干涉图的处理及相位分析
• 2.3 EFL M50 干涉仪结构设计与参数调整
• 2.4 本章小结
• 第3章 光学零件表面轮廓的测量实验
• 3.1 实验设备及所测零件
• 3.1.1 实验的测量对象
• 3.1.2 测量实验所用的EFL M50 干涉仪
• 3.1.3 测量实验所用的Form Talysurf PGI 表面形状测量仪
• 3.2 使用EFLM50 干涉仪的平面测量实验
• 3.2.1 测量实验步骤安排
• 3.2.2 测量实验及结果
• 3.3 使用PGI 的测量平面实验
• 3.3.1 测量实验步骤
• 3.3.2 测量实验及结果
• 3.4 测量结果的对比分析
• 3.4.1 RMS 分析
• 3.4.2 P-V 分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 光学零件表面轮廓测量精度影响因素分析
• 4.1 PGI 的测量精度影响因素及误差分析
• 4.2 EFLM50 干涉仪测量影响因素分析
• 4.3 两种测量方法的优缺点比较
• 4.4 在位剪切干涉测量总体误差分析
• 4.4.1 系统误差
• 4.4.2 阿贝、余弦误差
• 4.4.3 环境误差
• 4.4.4 延时误差
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢