高精度大口径平面镜面形角差法测试探究

研究了一种集高精度自准直仪与五棱镜于一体,采用角差法(角度变化量测试),实现大口径平面镜垂直状态下面形测试的方法.此方法的运用可实现对大口径平面镜面形的直接高精度检测,突破常规'以大测大'的高成本检测方法.本文阐述了测试装置的设计思想,对影响面形轮廓测试精度的因素进行了讨论.大口径平面镜面形的变化可通过其各点法线方向角度的变化量而反映出,采用高精度测试角度变化量的方法可计算获知面形轮廓状态.通过对大口经平面镜条带区域面形轮廓的测试原理分析,计算得出角差法(角度变化量测试)的测量不确定度.同时,由于对测试的高精度要求(纳米级),测试环境(温度、振动、气流扰动)也对测试结果有着不可忽视的影响,通过条带区域轮廓测试实验,对采样方式与环境影响进行了分析,从而得出在一定测试条件下,测量装置与环境对测量精度的影响程度,其测量不确定度可达到次纳米量级以上(扩展不确定度U=15.4～9.0 nm,取置信概率p＝0.99,包含因子κ＝3),基本满足测试需要.

误差分离技术在平面镜瑞奇-康芒法检测中的应用

为了提高瑞奇-康芒法检测平面镜面形误差的精度,提出了利用检测系统光瞳面与被检平面镜表面的坐标映射关系插值拟合平面镜面形的方法。结合最小二乘法分析,解算了由光路调整引入的离焦误差,获得了更为真实的平面镜面形误差。理论仿真分析显示,此方法的平面镜测量误差可控制在λ/100(λ=632.8nm)量级。对口径为40mm的小口径平面镜进行了实际检测,检测过程中通过多角度旋转被测平面镜,利用坐标映射关系和幅值转换关系对测试波前进行恢复,在分离系统离焦误差后得到被检平面镜面形RMS值为0.018 6λ,与干涉仪直接检测得到的RMS值0.021λ相比,残差为0.002 4λ。实验结果证明了此种误差分离技术在瑞奇-康芒法对平面镜面形检测时的有效性与准确性。

采用五棱镜扫描法检测大口径平面镜的面形

为了提高大口径平面镜面形检测的精度和效率,提出了一种新的五棱镜扫描法。该方法采用径向扫描的方式,使用一个扫描的五棱镜和一台自准直仪来测量表面倾斜角的差值,然后将被测平面镜的面形表示为Zernike多项式的线性组合,再利用表面倾斜角的差值建立方程组,最后采用最小二乘法计算得到被测平面镜的面形。在检测过程中,该方法还可以对五棱镜在扫描过程中的倾斜变化量进行自动监视和调整,减小了检测误差。误差分析表明,该方法的面形检测精度为7.6nmrms(均方根误差)。采用该方法对一块1.5m口径的平面镜进行了面形检测,并与Ritchey-Common法的检测结果进行了对比,两种方法面形结果的差异为7.1nmrms,小于五棱镜扫描法的面形检测精度。证明了利用该五棱镜扫描法检测大口径平面镜面形的正确性。

平面镜法测量杆塔倾斜率

我公司中标的500kV忻州～石家庄北Ⅲ回11标段紧凑型输电线路工程,将近50%杆塔位于高山,部分杆塔一面依山,三面悬崖。杆塔倾斜率检查时,顺线路或横线路方向上没有架经纬仪的合适位置,观测点极其受限制,若按常规方法检查是无法实现的。文章重点介绍在该特殊地形中采用平面镜法测量杆塔倾斜率的方法,供同行参考。

基于单向多次平移的矩形平面反射镜绝对检测

随着相干光源的发展,对大尺寸高精度反射镜的表面光滑度要求不断提高。针对X射线使用的高长宽比矩形平面反射镜,发展了一种基于激光干涉平移剪切法的二维绝对检测方法,以单方向多次平移测量取代正交方向的平移测量,推导出多矩阵增广区域法重构算法,获得了高精度矩形平面镜的绝对面形。经过仿真模拟,在不考虑噪声时,得到的绝对面形与初始面形的残差均方根(RMS)为0.03 nm(~λ/20000);在考虑随机高斯噪声时,重点模拟分析了不同平移次数和平移距离下的面形恢复情况。对120 mm×40 mm的矩形平面镜进行了实验验证,测量恢复的绝对面形与三平板法得到的绝对面形RMS为1.07 nm(λ/591)。模拟和实验结果均表明:所提方法可有效地获得高精度矩形平面反射镜的二维绝对面形,且单方向平移也为发展基于绝对检测的多孔径拼接测量奠定了基础。

Φ300mm平面标准镜高精度支撑关键技术

为保证大口径平面面形的高精度检测,必须对大口径平面标准镜自身的精度进行严格控制。在考虑标准镜自身重力的作用下,通过有限元方法仿真分析了不同粘胶位置以及不同镜框支撑方式下参考面面形的变化。根据分析结果,设计了口径300 mm的平面标准镜支撑方式,镜片采用12点粘胶与镜框固定,镜框下表面采用旋转补偿的方式寻找最优支撑方案。对加工完成的Φ300 mm平面标准镜进行了集成装配,装配结果显示支撑引入的参考面面形变化约为1.294 nm[均方根(RMS)值],与仿真分析结果吻合,并且满足大口径平面检测的检测需求。