[发明专利]用于大口径光学元件精密检测平台的空间误差计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件检测，涉及一种用于大口径光学元件精密检测平台的空间误差计算方法。

背景技术

大口径高精度光学元件，特别是非球面元件，已经广泛用于航空航天、天文以及惯性约束聚变的（ICF）巨型激光装置，与此同时，对光学元件的面形精度和表面粗糙度等都提出了很高的要求（参见文献：Cheung C F,Lee W B.A theoretical and experimental investigation of surface roughness formation in ultra-precision diamond turning[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2000,40:979-1002）。目前，在大口径高精度光学元件检测领域，尤其在粗磨、精磨成形阶段，三坐标检测平台应用广泛并发挥着重要作用。为了使检测结果能够准确地指导补偿加工，对检测平台自身的空间误差提出了更高的要求。

然而，检测平台是一种自基准机械设备，其空间误差的准确获取一直是工程应用上的难题。目前已有的能够直接进行空间误差测量的仪器，或价格昂贵，或难以买到；借助传统量具进行间接测量，然后通过计算获得空间误差的方法，虽然能够得到空间误差值，但是因传统量具自身精度有限且易受环境影响。同时，在测量过程中容易引进人为操作误差，而使得测量结果带有较大的不准确性，工程应用推广意义不大。因此研制一种借助高精度测量设备，且操作过程中不易引入人为操作误差的空间误差测量方法，以实现大口径光学元件精密检测平台空间误差的准确测量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对大口径光学元件精密检测平台空间误差难以直接测量及测量精度要求，提供一种用于大口径光学元件精密检测平台的空间误差计算方法。

本发明包括以下步骤：

1）对利用球杆仪在XOY平面内不同位置多次测量得到的X、Y两轴联动误差进行多项式拟合，得到误差方程，即得到该平面内任意一点A在该平面内的定位误差值ΔA_xy；

2）利用球杆仪和激光干涉仪分别测量出Z、X两轴和Z、Y两轴垂直度误差值Δα和Δγ以及Z轴定位误差值，并对Z轴定位误差值进行多项式拟合，即得到Z轴任一点的定位误差值Δc；

3）当XOY平面在理想情况下，由L₁平面位置沿Z轴上升O₁O'₁距离c至L₂平面位置时，由于Z轴误差影响，其实际位置为L₃平面，将Z轴的实际运动轨迹O₁Z'向ZO₁Y面做投影，得到其轨迹投影O₁O₃，过O₃做O₁Z垂线交点为O₄，应用Δα和Δγ，通过解直角三角形O₁O₃O₄和O₁O₂Z'，计算出Z轴实际运动轨迹与ZO₁X面的夹角Δβ，继而，将Z轴的实际运动轨迹O₁Z'向ZO₁X面做投影，得到其轨迹投影O₁O₂，通过解空间直角三角形O₁O₂Z'，计算出O₁O₂的值；

4）对点O₂向L₂平面做垂线，交点为N，连接O'₁N交O₁O₂于M，通过解直角三角形O₁O₂Z'，计算出O₂M，通过解直角三角形O₁O'₁M和MNO₂，计算出A点在X、Z方向的误差值：A点在X方向的误差值O'₁N，A点在Z方向的误差值NO₂；

5）以相同的方法，在ZOY面重复上述步骤3）和4），计算出A点在Y方向的误差值ΔY；

6）利用上述ΔA_xy和A点在X、Y、Z三个方向的误差值，即可求出A点的空间误差值AA'₁。