[发明专利]基于多误差实时补偿的光学自由曲面全口径检测方法

权利要求书

1.一种自由曲面光学元件全口径检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、控制非接触位移测头按照全口径测量正交同向光栅式扫描轨迹对所述自由曲面光学元件表面进行扫描运动；

S2、双轴倾角传感器测量得到的非接触位移测头沿X轴和Y轴运动时，非接触位移测头相对于X轴和Y轴的倾角，并解算得到X轴和Y轴在Z轴方向的运动直线度误差；根据下式解算得到X轴和Y轴在Z方向的运动直线度误差：

式中：e_x、e_y分别为非接触位移测头沿X轴和Y轴运动时的直线度误差；

α_x、α_y分别为双轴倾角传感器测量得到的非接触位移测头沿X轴和Y轴运动时，非接触位移测头相对于X轴和Y轴的倾角；

L_x、L_y分别为扫描区域X轴和Y轴的长度；

S3、结合自由曲面光学元件扫描区域内部的X轴位置数据，Y轴位置数据，Z轴位置数据，解算得到自由曲面表面点的三维坐标；根据下式解算得到自由曲面表面点的三维坐标(x_m,y_m,z_m)：

式中：(x_m,y_m,z_m)为自由曲面表面点的三维坐标；

x_p为X轴位置测量系统测量得到的坐标；

H_x为元件表面距离X轴滑块的距离；

y_pA、y_pB分别为Y轴位置测量系统A和Y轴位置测量系统B测量得到的坐标；Y轴位置测量系统A和Y轴位置测量系统B分别架设于Y轴运动执行系统A、Y轴运动执行系统B上，且Y轴运动执行系统A、Y轴运动执行系统B平行设置，同步驱动X轴运动执行系统沿Y轴运动；

H_y为元件表面距离Y轴滑块的距离；

z_p为Z轴位置测量系统测量得到的坐标；

e_m为非接触位移测头测量得到的数据；

e_x、e_y分别为非接触位移测头沿X轴和Y轴运动时的直线度误差；

S4、将自由曲面表面点三维坐标带入自由曲面理论方程，解算得到自由曲面的面形误差。

2.根据权利要求1所述的自由曲面光学元件全口径检测方法，其特征在于，所述e_m的计算步骤包括：

根据测量轨迹交叉点进行分段，并将在交叉点处X向扫描测量值和Y向扫描测量值进行平均，得到的平均值为所述交叉点的误差值；

将平均值与X向扫描测量值求差，并计算与交叉点所在当前数据段长度商值的反正切，得到当前数据段的倾斜角α；

将当前数据段反向旋转α角度，实现当前数据段的调整处理；

其他数据段以相同的方法进行调整处理，得到处理后的非接触位移测头数据e_m。

3.根据权利要求1所述的自由曲面光学元件全口径检测方法，其特征在于，所述S4中，根据下式解算得到自由曲面的面形误差：

e＝z_m-f(x_m,y_m)

式中：e为自由曲面面形误差；

(x_m,y_m,z_m)为自由曲面表面点的三维坐标；

f为自由曲面方程。