[發明專利]大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置及方法有效
| 申請號： | 201610590665.1 | 申請日： | 2016-07-25 |
| 公開（公告）號： | CN106840023B | 公開（公告）日： | 2018-02-16 |
| 發明（設計）人： | 張學軍;程強;薛棟林;陳新東;李銳鋼 | 申請（專利權）人： | 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所 |
| 主分類號： | G01B11/24 | 分類號： | G01B11/24 |
| 代理公司： | 北京理工大學專利中心11120 | 代理人： | 高燕燕,仇蕾安 |
| 地址： | 130033 吉*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 口徑 復雜 曲面 光學 參數 精確 測試 標定 裝置 方法 | ||
1.大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置，該裝置針對待測復雜曲面(5)進行測試和標定；其特征在于，包括：激光跟蹤儀、激光干涉儀(3)、補償元件(4)、變換矩陣標定機構以及測試標定模塊；補償元件(4)和待測復雜曲面(5)順次安放在所述激光干涉儀(3)的出射光路上；
該裝置所針對的待測復雜曲面(5)由反射面以及包圍在反射面四周的基準面組成；
所述變換矩陣標定機構包括M個位置預先設定的球座和位于球座上的靶標球；其中任意三個靶標球不共線；
所述激光跟蹤儀依次設置于在待測復雜曲面(5)的反射面兩側選取的N個位置上，分別測試獲得待測復雜曲面(5)的反射面和所有基準面的面形數據，并同時測試獲得M個靶標球的位置坐標；
所述測試標定模塊獲取激光干涉儀(3)檢測得到的復雜曲面的面形，并發出控制信號給激光干涉儀(3)、補償元件(4)以及待測復雜曲面(5)的調整機構，控制調整機構實現對三者的相對位置和相對角度的調整，使得激光干涉儀(3)檢測得到的復雜曲面的面形的均方根誤差最小且離焦量為零；所述測試標定模塊同時獲取激光跟蹤儀在N個位置上測試獲得的待測復雜曲面(5)的反射面和所有基準面的面形數據以及M個靶標球的位置坐標，基于M個靶標球的位置坐標建立激光跟蹤儀在N個位置轉站過程中的坐標變換矩陣；基于所述坐標變換矩陣，將N個位置獲得的面形數據進行坐標變換到同一坐標系中；對同一坐標系中的所有面形數據進行建模分析并計算，得到補償元件(4)與待測復雜曲面(5)中心的間隔L、待測復雜曲面(5)的離軸量d及偏心量Δ；將間隔L代入待測復雜曲面(5)的光學檢驗補償器設計結果并進一步優化，得到待測復雜曲面(5)的頂點曲率半徑R；將頂點曲率半徑R、離軸量d及偏心量Δ代入光學檢驗補償器設計結果中并進一步優化，優化結果即為基于反射鏡實測參數的最優光學檢驗補償器設計結果。
2.如權利要求1所述的大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置，其特征在于，所述調整機構包括第一調整機構(6)、第二調整機構(7)、第三調整機構(8)；激光干涉儀(3)、補償元件(4)以及待測復雜曲面(5)分別由第一調整機構(6)、第二調整機構(7)和第三調整機構(8)進行相對位置和相對角度的調整。
3.如權利要求1所述的大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置，其特征在于，M和N的關系為：3MN＞6(N-1)+3M。
4.如權利要求3所述的大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置，其特征在于，N為2，M為4。
5.如權利要求2所述的大口徑復雜曲面光學參數精確測試和標定裝置的測試和標定方法，其特征在于，該方法具體包括如下步驟：
步驟1)調節所述第一調整機構(6)、第二調整機構(7)和第三調整機構(8)的相對位置和相對角度，使激光干涉儀(3)檢測得到的復雜曲面的面形的均方根誤差最小且離焦量為零；
步驟2)將激光跟蹤儀依次置于N個位置上，激光跟蹤儀在每一位置上均測試待測復雜曲面(5)的反射面和所有可測基準面的面形數據，并測試固定的M個球座的靶標球位置坐標；
步驟3)基于步驟2)中測得的靶標球位置坐標，建立激光跟蹤儀在N個位置轉站過程中的坐標變換矩陣；
步驟4)基于所述坐標變換矩陣，將N個位置獲得的面形數據進行坐標變換到同一坐標系中；
步驟5)對同一坐標系中的所有面形數據進行建模分析并計算，得到補償元件(4)與待測復雜曲面(5)中心的間隔L、待測復雜曲面(5)的離軸量d及偏心量Δ；
步驟7)將間隔L代入待測復雜曲面(5)的光學檢驗補償器設計結果并進一步優化，得到待測復雜曲面(5)的頂點曲率半徑R；
步驟8)將步驟5)和步驟6)得到的頂點曲率半徑R、離軸量d及偏心量Δ代入光學檢驗補償器設計結果中并進一步優化，優化結果即為基于反射鏡實測參數的最優光學檢驗補償器設計結果。
6.如權利要求5所述的測試和標定方法，其特征在于，所述步驟3)中，激光跟蹤儀在第一位置和第二位置兩個位置轉站過程中的坐標轉換矩陣包括第一和第二位置處直角坐標系之間的相對平移量P和繞各坐標軸的角度量Q，具體求解方法為：首先將激光跟蹤儀在N個位置處測得的靶標球位置坐標轉換為直角坐標系下的坐標；依據第一和第二位置處直角坐標系之間的相對平移量P和繞各坐標軸的角度量Q構建轉站誤差以及轉站誤差的評價函數，針對轉站誤差的評價函數采用奇異值分解法求解得到P和Q；
其中激光跟蹤儀在第i個位置處測得的靶標球位置坐標分別為xi，yi；則轉站誤差為：ei＝Qxi+P-yi,i＝1,2,...,N；
轉站誤差的評價函數為
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