基于五棱镜扫描技术测试大口径平面镜的系统设计

根据五棱镜扫描测试技术建立了大口径平面镜面形测试系统。对测试系统结构的设计与组成进行了阐述,分析了在实现大口径轮廓扫描时,主要影响测试精度的因素和影响形式;通过计算给出了五棱镜制造误差与扫描机构导向误差对角度测试的综合影响趋势,得出了轮廓测试过程中法线角度改变量测试误差主要受导轨精度影响的结论。在导轨导向精度设计为俯仰与偏摆角10″、滚动偏角20″时,系统测试光线角度变化量在扫描方向上最大为0.000969694″,可满足测试要求(系统测角精度为0.02″)。通过计算机模拟,进行了多条带区域轮廓图拼接实验,与干涉图比对,验证了该系统的可行性。

五棱镜转动时出射光角度的变化

为了对大口径平面镜面形轮廓的五棱镜扫描法测试进行误差分析和修正,对五棱镜转动时出射光角度的变化进行了分析与精确计算。首先建立了合适的坐标系并规定了角度的正负,然后由入射光的偏摆角和俯仰角计算入射光向量,接着介绍了五棱镜的作用矩阵与坐标转换矩阵,在此基础上详细分析了五棱镜转动的整个过程并且计算了出射光向量。然后计算出射光的偏摆角和俯仰角,再计算当五棱镜没有转动时出射光的偏摆角和俯仰角。最后计算出射光偏摆角和俯仰角的变化。特别分析了当入射光垂直入射五棱镜的情况。随后进行了实际计算与实验,总结了出射光角度变化的一些规律。将计算数据与实验数据进行了比较,结果最大偏差为1″。最大偏差在实验精度范围内,证明了计算方法是正确的。