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。

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。