针对常规非球面检测技术存在的问题,特别是测量高精度工件表面具有一定的局限性,提出一种非接触式测量技术,即自动对焦测量技术.自行设计了一套偏心光束对焦系统.光路采用激光作为光源,一维位置敏感器件PSD作为光电探测器.激光、柱面平凸透镜和反射镜构成偏心光束对焦光路.电路分为PSD信号处理电路和电动机驱动电路,具有电压放大、消除地面干扰和滤波等作用.

为使头盔微光夜视镜的重量更轻，同时保证其较好的成像性能，分析了光学塑料的特性及其加工，通过引入高次塑料非球面，设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场（40°）、小F数（F／1．25）、小畸变（1％）的特点，光学传递函数在空间频率40lp／mm时，轴上传函≥0．6，轴外传函≥0．4，满足微光夜视物镜成像要求。相对具有同样性能的传统物镜系统，总长41mm，为传统物镜的82．6％，重量13．3g，仅为传统物镜的32．7％。为头盔式微光夜视系统减重设计提供了一个新的参考思路。

近年来,两档变倍和连续变倍的红外变焦距系统获得了普遍的应用.在两个视场相同时,双位置变焦距通常比切换变焦距系统长,但因为切换变焦切换组元需要占用光路外的一段空间,所以双位置变焦距的体积要比切换变焦小.具有一个负变焦组的紧凑的光学补偿切换变焦距系统需要至少三组—一个正的物镜组,一个负的变倍组,一个正的调焦组.通常这些组元由一到两片组成.如果使

分析了常规透射镜组检测方法的缺点,在添加简单的辅助元件情况下,提出了一种新的检测透射镜组装调完成后整体组件的方法,从而解决了大口径光学系统应用中透射镜组的光学质量检测问题.分别以两个实际光学系统为例,给出了透射镜组的设计和准确度要求.随后利用该方法对实际系统中装调完成后的透射镜组进行检测,并将分析结果和实际检测结果进行比较,得出该方法的检测准确度优于0.01λ,证明了该检测方法的可靠性和正确性.最后用检测结果指导装调,使得透射镜组的最终装调完成后的质量满足了要求.

通过扩充激光跟踪仪的现有功能,提出了一种适用于非球面研磨和粗抛光阶段以及中低准确度非球面面形的快速检测方法.分析了测试原理,设计规划了检测流程.利用激光跟踪仪的靶标球对非球面表面进行多点接触测量,并将测量的结果与非球面cad模型进行分析对比、处理和运算,获得非球面的面形分布信息,结合实例对一口径为420 mm×270 mm的离轴非球面进行了面形检测,并与零位补偿结果进行对比,结果表明,两种方法测试的面形误差分布是一致的,其峰谷值和均方根值的相对偏差分别仅为6.22％和3.37％.该方法无需其它辅助光学元件就能够准确地实现对大口径非球面面形的检测,测试数据处理和数学运算简单,实验操作简单易行.

为了解决非球面在线检测的系统误差问题,针对系统误差产生的机理、误差的数学模型、分离方法以及补偿方法进行了研究.提出一种将空间误差投影到不同平面上进行分析从而解决测量系统误差的新方法并建立了各系统误差的数学模型.根据最小二乘法的基本思想,建立了基于标准球面的系统误差分离数学模型,得到了各参数的最小二乘估计值,并利用误差修正模型进行了校正.利用标准球面进行测量实验,验证了该方法的有效性和精确性.实验结果表明所提出的解决测量系统误差的思路可行,最终可使测量系统精度达到1μm数量级,从而满足精磨阶段在线检测的需要.

介绍了非球表面三维形貌检测技术的新方法——相移莫尔测偏法的测量原理、图像评价方法和测量装置.详细说明了测量装置的光路和相移器的设计原理及方法,对测量误差的来源进行了分析.为了检验该技术测量非球表面的精度、速度和稳定性,用干涉法对同一非球表面进行了光学测量比较.实验结果表明,该技术是一种测量精度高、抗干扰能力强、稳定性高且速度快的在线检测方法.

非球面技术广泛的应用于各种光学系统中。在非球面技术中,非常关键的一项就是非球面面形的测量。本文根据不同的测量原理对各种测量方法进行了优缺点的对比,进而对未来非球面面形测量技术的发展方向做出了预测。

针对非球面研抛过程中的力/位耦合问题,本文通过磁流变液力矩伺服控制装置进行力的控制,由数控车床完成位置及速度等工艺参数的控制,实现了力/位解耦,从而提高了研抛的精度。根据Preston研抛控制机理,建立了力控制的实现模型,在确定了研抛过程的工艺参数后,进行了研抛实验研究。通过计算椭球面研抛过程的驻留时间,进而确定了不同位置的时间与研抛力的对应关系,通过控制磁流变液力矩伺服装置的电流输出得到相应的研抛控制力,使其与数控机床给定的进给速度及位置进行匹配。实验结果表明通过驻留时间进行力控制的方法可以实现高效率研抛加工中力的控制。

为解决非球面加工中的环带波纹问题,自主研制了非球面磨削抛光机床,阐述控制系统采用的速度插补原理,用数学方法分析了速度插补原理存在的关键问题“进给速度非单调”,用实际运控参量解析了问题产生的根本原因“初速度不匹配致使相邻分段加速度符号相反”。基于遗传学理论提出解决“进给速度非单调”的总体方案,细化了速度寻优算法的运算流程和实施步骤,用实证数据及拟合曲线证明了速度寻优算法解决“进给速度非单调”问题的有效性,并可