專利名稱：一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，采用逐次計算子孔徑內(nèi)外邊界及干涉儀移動距離的步驟，用多個環(huán)形子孔徑拼接得到全口徑非球面面形。該方法主要應(yīng)用于小口徑干涉儀測量大口徑非球面面形系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
非球面檢測技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展，出現(xiàn)了許多檢測手段，如補償法、全息法、剪切干涉法、無像差點檢測法、子孔徑拼接法。綜合考慮通用性、加工成本、加工周期、加工工藝等因素，子孔徑拼接技術(shù)是一種無需輔助元件即可高精度測量旋轉(zhuǎn)對稱大口徑非球面鏡的有效手段。根據(jù)被測元件的面形，子孔徑形狀分為圓形子孔徑、環(huán)形子孔徑和矩形子孔徑。圓形子孔徑應(yīng)用范圍廣，適用于大部分平面、球面及面形變化不大的非球面；環(huán)形子孔徑應(yīng)用于非球面檢測，主要檢測偏離度較大的深型非球面；矩形子孔徑主要用于矩形光學元件 的檢測，但要有矩形標準鏡的配合?？紤]到圓形子孔徑拼接中，干涉儀相對于被測非球面除了具有沿光軸方向的平動外，還有左右和俯仰轉(zhuǎn)動，而環(huán)形子孔徑只有一維沿光軸方向的移動，對掃描移動導(dǎo)軌要求較低，所以利用小口徑干涉儀測量大口徑非球面面形系統(tǒng)時，采用環(huán)形子孔徑拼接法是一種理想的方法。環(huán)形子孔徑拼接干涉測量法的原理是通過沿光軸方向移動干涉儀，改變干涉儀與非球面之間的距離，使環(huán)帶區(qū)域內(nèi)的被測非球面表面與參考球面波前之間的偏離量減小到干涉儀的測量范圍內(nèi)，從而得到該環(huán)帶區(qū)域的面形信息。對于米量級的被測非球面主鏡數(shù)據(jù)拼接，可采用不需要相鄰子孔徑存在重疊區(qū)域的測量方法，這對子孔徑邊界條件和干涉儀移動距離提出了較高的精度要求；對于口徑不大的被測非球面，可采用相位測量的拼接算法要保證與前一個子孔徑的測量數(shù)據(jù)間有適當?shù)闹丿B區(qū)域，利用重疊區(qū)域的相關(guān)性來求解相對調(diào)整誤差，將所有的子孔徑測量數(shù)據(jù)都校正到同樣的參考標準來得到全孔徑面形信息。為得到環(huán)帶檢測結(jié)果，保證拼接精度，通常測量時每次軸向移動干涉儀，在計算機上觀察干涉條紋，干涉條紋的清晰度和重疊區(qū)域的大小需要多次反復(fù)移動干涉儀進行調(diào)整。當待測非球面面形誤差不同時，不同重疊率對擬合誤差的影響程度也不同，提高定位和移動精度是減小誤差的主要手段。為了兼顧精度和效率，需要由被測非球面的口徑確定拼接方法，根據(jù)拋物面鏡口徑、相對孔徑和CCD采樣分辨率，確定各個子孔徑出現(xiàn)干涉的內(nèi)外邊界。利用無重疊區(qū)域時前一個子孔徑的外邊界與后一個子孔徑的內(nèi)邊界重合，有重疊區(qū)域時預(yù)先設(shè)定相鄰子孔徑重疊系數(shù)比，對干涉儀移動距離做出定位，簡化實驗過程。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服環(huán)形子孔徑邊界定位的不確定性及子孔徑相位信息難于提取的問題，本發(fā)明提出了一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，該方法建立了環(huán)形子孔徑規(guī)劃模型，給出了模型的具體求解方法，為實際檢測提供了理論依據(jù)。該方法的技術(shù)方案是首先根據(jù)被測拋物面鏡的口徑、相對孔徑和干涉儀CCD采樣分辨率公式確定干涉圖的第一個子孔徑外邊界坐標，然后將第一個子孔徑外邊界坐標作為第二個子孔徑的內(nèi)邊界坐標，并由零級條紋干涉相切關(guān)系，求出第二個子孔徑的外邊界，即構(gòu)成了環(huán)形干涉孔徑。再用前述方法依次類推，得到下一個臨界點坐標，每個環(huán)形子孔徑無重疊區(qū)域，恰好在每個邊界達到干涉極限位置，此時根據(jù)的每個臨界點坐標即可確定干涉儀移動的極限距離。以此逐步向外推，直到覆蓋被測非球面的邊緣，即可完成子孔徑的最小數(shù)目劃分。當采用相位測量方法時，需要考慮重疊區(qū)域，根據(jù)設(shè)定的重疊系數(shù)可得到存在重疊區(qū)域的子孔徑邊界坐標和相鄰最小數(shù)目劃分子孔徑臨界點坐標的關(guān)系，結(jié)合被測拋物面鏡的口徑、相對孔徑和干涉儀的分辨能力，可求出第二個子孔徑的邊界坐標和干涉儀移動距離，逐步向外推，依次求出下一個子孔徑邊界坐標和干涉儀移動距離，直到子孔徑覆蓋被測非球面邊緣，即可完成子孔徑的劃分。有益效果該方法的有益效果是采用不同拼接方法劃分各個子孔徑，通過對理想非球面面 形進行分析，建立了環(huán)形子孔徑規(guī)劃模型，給出了模型的具體求解方法，對干涉儀的移動距離有了更為精細的控制。相比于在實驗中先通過干涉圖形判讀，再調(diào)整干涉儀的方法，原理更為簡單且實現(xiàn)容易。該方法提出的規(guī)劃模型符合環(huán)形子孔徑檢測技術(shù)的物理模型，使得檢測過程能夠可控、量化和可重復(fù)，也為后續(xù)實驗數(shù)據(jù)的處理提供了便利。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I是環(huán)形子孔徑拼接檢測非球面設(shè)備示意2是測試的平面數(shù)學模型圖3是移動后的波面關(guān)系圖4是相鄰子孔徑重疊區(qū)域示意5是相鄰環(huán)形子孔徑臨界邊界模型
具體實施例方式第一步，如圖I所示環(huán)形子孔徑拼接檢測非球面設(shè)備示意圖。根據(jù)被測拋物面鏡的口徑、相對孔徑和干涉儀的分辨能力，設(shè)定循環(huán)終止條件和臨界點滿足的最大偏離度d，無重疊區(qū)域時前一個子孔徑的外邊界和后一個子孔徑的內(nèi)邊界重合，有重疊區(qū)域時根據(jù)設(shè)定的重疊系數(shù)比確定相鄰環(huán)形子孔徑邊界的比例關(guān)系。設(shè)最多可清晰分辨N條條紋，干涉波長為入，Rtl為非球面頂點曲率半徑，P1點為干涉邊界的臨界點坐標用(Xl，Y1)表示。如圖2所示測試平面的數(shù)學模型。計算公式如下^d = yj(R0-x )2+y2 -R^d = Nx~^-U2HjvxI
、少=2 R0X第二步，如圖3所示移動后的波面關(guān)系，由零級條紋干涉相切關(guān)系,設(shè)切點坐標為(xA, yA)求解初始臨界AP1，再與第一步用到的方程聯(lián)立，求出臨界點P2的坐標值，和干涉儀移動的距離I1，其中X2和I1是未知數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，該方法應(yīng)用于小口徑干涉儀測量大口徑非球面面形的系統(tǒng)中，其特征在于非球面與干涉儀發(fā)出的參考球面波的切點兩邊有內(nèi)外兩個非球面度相同的點，利用非球面口徑、相對孔徑和CCD采樣分辨率，確定各個子孔徑出現(xiàn)干涉的內(nèi)外邊界。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，其特征在于對于米量級的被測拋物面主鏡數(shù)據(jù)拼接，相鄰子孔徑無需存在重疊區(qū)域，容易取得剛好完全覆蓋整個鏡面的環(huán)形子孔徑數(shù)據(jù)，前一個子孔徑發(fā)生干涉的外邊界與后一個子孔徑發(fā)生干涉的內(nèi)邊界重合，計算出第一個干涉極限的外邊界臨界點坐標，再將第一個子孔徑外邊界坐標作為第二個子孔徑內(nèi)邊界坐標，并由零級條紋干涉相切關(guān)系，可求出第二個子孔徑外邊界坐標，逐步向外推，直到子孔徑覆蓋被測非球面邊緣，即可完成子孔徑的劃分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，其特征在于基于相位測量的拼接算法要保證與前一個子孔徑的測量數(shù)據(jù)間有適當?shù)闹丿B區(qū)域，利用重疊區(qū)域的相關(guān)性來求解非球面拋物面鏡的相對調(diào)整誤差，最小數(shù)目子孔徑劃分是由相鄰子孔徑無重疊區(qū)域時得到的，根據(jù)設(shè)定的重疊系數(shù)比可得到存在重疊區(qū)域的子孔徑邊界坐標和相鄰最小數(shù)目劃分子孔徑臨界點坐標的關(guān)系，計算出重疊區(qū)域干涉極限的內(nèi)邊界坐標，并由零級條紋干涉相切關(guān)系，可求出重疊區(qū)域干涉極限的外邊界坐標，逐步向外推，直到子孔徑覆蓋被測非球面邊緣，即可完成子孔徑的劃分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，其特征在于根據(jù)被測拋物面鏡的口徑、相對孔徑可得到非球面頂點曲率半徑和非球面子午面方程，結(jié)合最大偏離非球面度方程，可以解得第一個干涉臨界點坐標，又非球面與參考球面波切點兩側(cè)有兩個相同的最大偏離非球面度，且由零級條紋相切關(guān)系，聯(lián)立方程組可求出第二個干涉臨界點坐標和干涉儀移動距離，將前面得到的臨界點坐標和干涉儀移動距離作為已知量，根據(jù)前述原理迭代計算可以依次得到其余子孔徑臨界點坐標和干涉儀移動距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，其特征在于相鄰子孔徑存在重疊區(qū)域，需要先計算無重疊區(qū)域的最小數(shù)目劃分的子孔徑臨界點坐標，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的重疊系數(shù)，得到存在重疊區(qū)域的子孔徑邊界坐標和相鄰最小數(shù)目劃分子孔徑臨界點坐標的關(guān)系，進而確定第一個子孔徑的邊界坐標，又非球面與參考球面波切點兩側(cè)有兩個相同的最大偏離非球面度，且由零級條紋相切關(guān)系，聯(lián)立方程組可求出第二個子孔徑的邊界坐標和干涉儀移動距離，將前面得到的子孔徑邊界坐標、最小數(shù)目劃分的子孔徑臨界點坐標和干涉儀移動距離作為已知量，根據(jù)前述原理迭代計算可以依次得到其余有重疊區(qū)域子孔徑邊界坐標和干涉儀移動距離。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于環(huán)形子孔徑邊界拼接的搜索方法，在對拼接實驗中干涉儀移動距離和子孔徑內(nèi)外邊界進行定位，該方法主要應(yīng)用于小口徑干涉儀測量大口徑非球面面形的系統(tǒng)中。該方法通過被測拋物面鏡口徑、相對孔徑、干涉儀CCD采樣分辨率確定清晰干涉條紋的子孔徑邊界條件，干涉儀軸向移動距離，并通過循環(huán)計算得到下一個邊界，直到達到中止條件即臨界點坐標超過非球面口徑。該方法建立了子孔徑劃分模型，給出了模型的具體求解方法，使得檢測過程能夠可控、量化和可重復(fù)，也為后續(xù)實驗數(shù)據(jù)的處理提供了便利。
文檔編號G01B11/24GK102735187SQ20121023629
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者惠梅, 段磊, 趙躍進, 龔誠 申請人:北京理工大學