由于研磨阶段非球面的面形误差将由几十微米收敛到几个微米,因此采用高重复精度的离散测量技术是决定误差收敛效率、影响加工进程的关键.在新一代数控光学加工中心(FSGJ-Ⅱ)上,设计了双测头对非球面进行面形定量检测的轮廓测量机构.通过对测头运动导轨在x、z方向的直线精度的分析,建立了导轨直线度误差补偿模型,以较低的成本实现了较高的测量精度.

针对非球面零件光学级检测技术进行广泛探讨,并针对课题研究中一抛物面镜实例,设计出实用型Dall补偿器,经优化后,保证检测面形精度达到0.004λλ=632.8nm。

空间太阳望远镜中的滤光器必须满足空间使用要求.为改进现有滤光器,设计了新型的滤光器,省去了用于带动波片旋转的多台步进电机及相关传动机构,有效减轻了整个仪器的质量,提高了可靠性.在实验室中保持滤光器内部实际工作温度恒定,找出旋转半波片准确的方位角并调整到理论位置,确定其透过波带位置在656.3±0.2nm,波片不再需要旋转.空间环境模拟试验验证了系统结构的合理性.该结构设计紧凑、密封无泄漏、温控有效.

能否在元件铣磨成形阶段制造出与要求非球面元件最为接近的球面是确保实现对大口径离轴非球面元件快速制造的关键一步。该文研究在同轴圆形非球面元件最接近球面半径确定方法的基础上，建立了离轴非球面元件坐标系与机床加工坐标系之间的变换矩阵，并以非球面与比较球面之间残余矢高作为评判参量，分别构建了材料去除量为正准则和材料去除余量最小准则的判断方法。最后以一块770mm×220mm的矩形离轴非球面反射镜为实例进行了模拟分析，确定了其最接近球面半径，通过实验发现加工去除余量大大减少，提高了制造效率，缩短了周期。

基于非球面最接近球面的计算方法分析,构建成型设备与工件间坐标变换矩阵,借鉴并优化材料去除量最小原则,计算最接近球面与理论非球面间的偏离量,建立数学模型.针对典型的圆形口径和矩形口径同轴、离轴非球面元件的比较球面求解进行仿真.结果表明,所建立的数值求解模型可有效计算同轴、离轴非球面元件的比较球面使材料去除量最小,对加工实践起到指导作用.

针对大口径离轴光学非球面反射镜的特殊工艺性，在合理设计零补偿器结构形式的基础上，综合考虑零补偿器各组件的误差参量做进一步优化．利用零补偿器实施非球面元件面形干涉检测过程中，着重分析调整误差对检验精度的影响，建立误差标定模型．以一块二次离轴非球面反射镜为实例进行了计算机模拟分析，得到对应不同调整误差的干涉图样，可以为快速地调整补偿器与被检元件之间相互位置提供参考，有助于获得指导加工的真实面形结果．

为实现对用于红外侦察、预警相机中的非球面元件的快速加工,研制成功了具有两种运动方式、双磨头姿态的六轴联动型非球面数控光学加工中心FSGJ-Ⅱ。在系统多机构自由度的优势下,对系统加工、检测轨迹进行了优化设计。同时,基于对相邻点面形变化率的比较,借助于一实际矩形离轴非球面,构建了适用于非回转对称离轴非球面加工、检测轨迹的常规方程。

通过一空间相机光学系统中某透镜的高次非球面表面加工过程,提出了一种基于小磨头数控光学表面成型技术(CCOS, Computer control optical surfacing)和非球面轮廓检验、零位补偿检验技术的中等口径高次非球面光学表面的加工、检测方法,并且给出了补偿器实际光学设计结果.文中采用这种方法加工的高次非球面表面,最终精度优于1λ P-V(λ=632.8nm),满足了设计要求.对这种技术的适用范围进行了简明的讨论.

用于红外侦察、预警相机中的非球面,当直径大于500mm时,非球面的偏离量大约为200μm以上(PV值),目前的发展趋势是非球面偏离量还会继续加大.如果从最接近球面开始修磨,则工作量较大、工作周期较长.所述加工系统基于直接成型非球面的思想进行开发,通过精度标定,借助于误差补偿手段保证了系统的加工精度,实现了非球面快速铣磨成型的目的.

新一代的空间相机一般通过采用轻质大尺寸的非球面光学元件来提高系统的成像质量,以降低系统复杂性.而空间相机中的结构件主要是用来支撑和定位主镜,如果主镜制作得更轻,则系统的其它结构将会设计得更加轻巧.受此趋势影响,大口径非球面镜的轻量化问题成为一个研究热点.