针对高精度非球面检测过程中,测量力对接触式传感器测头测量不确定度的影响问题,本文在建立接触式测头简化结构模型的基础上,分析建立了测杆倾斜、滑动以及弯曲变形对测量精度的影响模型。并通过仿真分析得出了高精度非球面测量过程中接触式测头受非球面相对口径等的影响规律,即,其中测杆的弯曲变形是测量力影响的主要分量。为进一步提高接触式测量的精度奠定了基础。

从测量原理出发,分析研究了测量误差产生的原因,建立了其对测量精度的影响模型,并在MATLAB下进行了仿真。最后对口径120mm,长径比1.2的椭球形保形头罩进行了实测试验。测量试验表明:上述方法能够高精度的重构出面形轮廓,方法简单,实用。

研制了一种基于柱面坐标系的新型专用非球面坐标测量机，通过测量非球面多条子午截线实现对非球面形的全口径检测。在结构设计方面，采用了龙门框架加回转运动的形式，利用高精度气浮导轨实现水平运动，利用端齿盘实现对工件的精确分度，通过点位测量的方式实现对非球面形的高精度检测。在软件方面，建立了系统的数学模型和柱面坐标系下回转对称非球面形全口径检测算法，并在VC＋＋6．0和Matlab平台上编制了测控软件和数据处理软件。系统最大测量口径为600mm，测量高度为25mm，最小测量步长为1mm，经过系统误差补偿后，系统精度优于1μm，满足了精磨、粗抛阶段非球面形检测要求。试验表明：系统运行良好，精度满足要求，同时具有良好的通用性，可用于非球面精磨、粗抛阶段的检测。

介绍了一种新颖的非球面轮廓仪的测量原理和测量试验，它通过测量非球面与某一参考球面之间的偏离量来唯一确定非球面的面形误差，通过调整测量臂长以及回转轴线与光轴之间的夹角实现对不同非球面的测量。系统主要由高精度两维转台，高刚度测量臂，四自由度微调系统和高精度扫描测量传感器组成，并分别在VC＋＋6．0与MATLAB平台上开发了测控软件以及数据处理软件。该测量方法的优点是测量所需传感器量程小，测量运动为一个简单的回转运动；缺点是测量调整自由度多，校准困难。建立了测量系统的数学模型，通过测量数据与名义面形之间的非线性优化，在获得面形误差的同时获得了非球面面形参数误差。通过测量多条截线实现了对非球面面形的全口径检测。最后对直径200mm，顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量，结果表明，系...

本文在对高精度光学非球面摆臂式扫描测量方法简要介绍的基础上,建立了高精度接触式扫描测头的结构模型,详细分析了扫描速度对测量精度的影响规律。在此基础上,利用建立的摆臂式扫描测量系统对500mm口径,相对口径11的深型球面镜进行了相关测量实验并与干涉测量结果进行了比对。实验验证了上述分析的正确性。

摆臂式轮廓测量法通过测量非球面与某一球面之间的偏离量实现对非球面形的测量,但无法测量非球面的顶点曲率半径。在开发了测量试验系统的基础上,通过对测量原理的深入研究,利用被测非球面名义面形与测量数据建立了测量参考球面半径非线性最小二乘优化模型,利用该模型,可以在测量非球面形误差的同时获得被测非球面的顶点曲率半径值。同时分析了该模型的理论收敛误差,并在MATLAB下对算法进行了仿真。最后对直径200mm,顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验。仿真和测量试验表明了算法的有效性。

在开发的摆臂式测量试验系统的基础上，对影响系统测量不确定度的各种误差因素进行了分析，建立了测量系统与被测工件之间的相对位姿误差、转台轴向窜动和径向跳动、测量臂的挠性变形以及测头半径之间的影响模型；同时对实际测量过程中的温度、振动等环境误差因素进行了实测。最后对直径200mm、顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验。分析与实验表明：测量系统合成标准不确定度小于0．5um。