针对当前机器视觉的尺寸测量技术仍存在测量精度不足、难以满足精密测量需求等问题,设计了一套基于RANSAC算法的圆形轮廓高精度测量系统。首先对图片进行高斯滤波及阈值分割,完成边缘提取;然后使用基于RANSAC算法的最小二乘法进行直线和椭圆拟合,从而通过像素当量标定实现圆形轮廓的尺寸测量。实验表明,该系统能满足0.006 mm级别精度的工件测量,相对于传统算法,测量精度有显著提高。

变形镜是自适应光学系统中的关键部件之一，它的动态响应性能直接决定了其对大气扰动的校正能力。提出了一种基于光电倍增管的测试方法，用于对变形镜及其高压驱动器进行动态响应测试。测试表明，变形镜的谐振频率优于12kHz，促动器及其驱动器可以不失增益的工作到2kHz。

为了研究变形镜对于Zernike多项式像差模式的拟合能力,利用有限元仿真方法,建立了两种不同单元排布方式的变形镜有限元模型.通过给促动器施加理论位移,进行了仿真分析.结果指出了不同的促动器排布方式与像差拟合能力之间的关系,同时表明57点促动器密布的排列方式已经能校正像差到λ/20甚至更小,验证了促动器对变形镜＂印透效应＂等的影响.

考虑拼接望远镜子镜之间保持共相位可使拼接镜达到衍射极限,本文建立了一套主动光学实验系统来测量和调整拼接镜子镜之间的相位差和精度以实现子镜之间的共相位。拼接镜由3块正六边形球面子镜组成,子镜对边长为300mm,曲率半径为2000mm。首先,使用Shack-Hartmann传感器和高精度微位移平移台使子镜之间精确共焦,使用球径仪调整子镜之间的高度差到微米量级;然后,运用白光斐索干涉原理对子镜高度差进行调整;最后,运用子孔径衍射原理测量子镜之间的高度差,并调整使其共相位。为了验证标定效果,对光纤光束进行了成像实验,受光纤直径的限制,拼接镜上用于成像的口径为100mm。实验结果显示,白光斐索干涉的测量精度优于100nm,子孔径衍射的测量精度优于16nm,共相位标定后,系统能够实现衍射极限成像,表明提出的方法适用于拼接望远镜的共相位标定。

为了实现对拼接镜的共焦调整，建立了拼接镜主动光学共焦实验系统。实验中，拼接镜由3块对边长300mm的正六边形子镜组成，子镜为球面，曲率半径为2000mm。采用Shack-Hartmann传感器进行共焦测量，用6个微位移平移台对两块子镜的离焦和倾斜进行调整。每个子镜对应Shack-Hartmann传感器的36个子孔径，用子孔径产生的像点位置偏移计算子镜之间的共焦误差。通过微位移平台调整，可控制子镜的轴向离焦误差优于1μm rms，倾斜误差在两维方向上均优于0．02″rms。实验表明，该方法适用于大型拼接镜面望远镜的共焦标定和实时调整。

为了实现对拼接式望远镜各子镜的主动控制，建立了正六边形子镜拼接的面形控制方程，并研究了传感器的安装位置对面形控制的影响。根据子镜之间相对位置的测量要求确定了主动控制所采取的方式，建立了由3个正六边形子镜组成的拼接镜的面形控制方程，并分析了传感器的安装位置对面形控制的影响。提出了传感器沿垂直镜缝方向错位安装的方法．分析了该方法对于拼接子镜扩展的适用性。分析表明，对于边长0．9m．对角线长1．8m的子镜，传感器错开0．02m安装即能够准确检测子镜之间的位置变化；给出了正确的促动器调整信息，满足了拼接镜主动面形实时、高精度控制等要求。

采用400mm口径，12mm厚的球面反射镜进行了主动光学实验。实验镜支撑结构由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成。主动支撑点用压电陶瓷促动器和压力传感器组成力促动器，用于控制实验镜面形；固定支撑点用于控制实验镜的定位。实验中通过干涉仪测试镜面面形。分别测量出反射镜在单独一个促动器施加单位作用力前后的镜面面形，求出这两个面形之差得到该促动器的响应函数，由各促动器的响应函数组成刚度矩阵，然后用阻尼最小二乘法计算各支撑点的校正力。最后，通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程。经过3次校正，将初始状态的1．22XRMS的面形误差校正到0．12kRMS，接近了镜面加工的0．1XRMS面形精度，说明所采用的主动校正算法和过程正确可行。

为了实现对拼接镜子镜之间相对曲率半径的精确测量,提高各子镜曲率半径的匹配精度,提出了一种使用Shack-Hartmann传感器和高精度球径仪测量球面子镜相对曲率半径的新方法,并建立了一个实验系统。该方法首先使用共焦调整方法使各子镜共焦,用S-H传感器测量子镜的轴向离焦量,轴向调整压电陶瓷促动器,使由传感器测得的离焦量接近于0;最后,再对子镜进行一次共焦调整之后,使用高精度球径仪来测量各子镜之间的相对曲率半径差。实验采用的拼接镜由3块对边长300mm的正六边形子镜组成,子镜为球面,设计曲率半径为2000mm。分析测试结果表明,该方法测得的球面拼接子镜的相对曲率半径精度约为1μm,该方法表明适用于大型球面拼接镜面望远镜各子镜相对曲率半径的检测。

补偿器法是测量非球面反射镜面形误差的一种重要的方法。在检测过程中，各个元件之间的调整会带来初级像差，这是影响最终检测结果的一个关键因素。本文以一个1m口径的非球面反射镜为例，首先详述了其面形误差检测的设计和测量过程，然后分析了各个元件的调整会带来相应的初级像差，随后给出了实际检测过程中出现的误区，并对其进行了分析和讨论，结合实际的检测过程得出了相应的判断和消除的方法。最后，分别对300mm、700mm口径非球面反射镜与本文1m非球面镜的检测结果进行了比较，证明了该误区会使最后的检测数据发生变化，从而使最后的检测结果失真，并验证了先判别后消除方法的可靠性。最后利用正确的方法，检测得到1m口径非球面被测镜的RMS面形误差为0．038λ，满足指标要求。

针对传统的地基大口径望远镜自准直干涉检测受器材限制和环境影响而检测困难的问题，提出了基于Shack-Hartmann波前探测器的子孔径拼接波前检测方法。介绍了子孔径拼接检测理论和拼接算法，研究了Shack-Hartmann下实现子孔径上波前精确测量的方法，设计了具有透射孔的光阑实现自准直光路中子孔径毫米级的定位。实验使用32单元的Shack-Hartmann波前探测器和40mm的平面反射镜，实现了口径扩展比1．8的子孔径拼接检测；对比表明均化误差的处理方法优于两两拼接方法，其拼接检测结果与全口径检测结果之差的PV值为0．5波长。实验结果表明，这种技术在大口径望远镜波前自准直检测中有很好的应用前景。