NLSF算法非线性最小二乘法测量球面曲率半径的研究(2)

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41 实验数据和处理 17

4 1 1 第一次测量 17

4．1．2 第二次测量 18

4．1．3 第三次测量 19

42 结果分析与讨论 20

5 结论………… 23

致谢 24

参考文献 25

附录 27

1 引言

11 本文的研究背景与意义

近代光学、光通信等领域技术的迅猛发展对光学元器件性能的提高起到了大大的促进作用。球面是光学元件常见的一种面形。而曲率半径无疑是衡量光学元件性能的一个重要参量。“数字化”、“智能化”、“高精度化”与“快速化”的球面曲率半径测量方法不仅能极大的促进球面元件的加工精度与效率，也是现代测量技术的发展要求[1]。

为保证球面光学元件各个加工阶段的精度，测量与检测技术就相应地成为先进制造技术的关键[2]。球面元件的检测难点是在位检测阶段相应精度等级的提高，即粗精加工阶段，这一阶段可以为球面元件补偿加工提供参考数据，以指导元件进入后续磨削、抛光工艺，进而缩短元件的整个加工周期。在位检测即元件加工完以后不需要进行移动或拆卸，直接在机床上进行测量，不受元件口径尺寸大小影响，也不会因移动或拆卸带来风险及精度效率的下降等，避免了离线检测时由于定位基准变化所造成的误差，因此结果更趋于符合实际的加工情况。就提高加工效率而言，精度收敛成粗精加工阶段的关键问题。因此，合理地选取检测方法和数据处理方法，对光学元件质量的评价以及补偿加工精度的提高有着举足轻重的影响。论文网

对于光学球面的检测，主要包括面形、表面洁净度、曲率半径等方面。而曲率半径作为光学球面最重要的参数之一，对其成像、位相变换及傅里叶变换等性能均有很大的影响[3][4]。通过曲率半径的检测，可以审核透镜设计和制造质量，以便进一步进行修改加工，使透镜达到更高的精度。因此，对于透镜的检测，特别是曲率半径的测量要求也越来越高。但是曲率半径的测量却一直是光学测量领域中的一个难点。目前存在的曲率半径的测量方法和设备种类较多，其测量原理和特点也不尽相同。在美国、德国等发达国家，曲率半径的测量技术发展得已比较成熟，而且大多数产品都能够测量光学球面的多个参数。但由于其价格高昂，在我国光学业界普及率较低，从而不利于国内光学类产品的发展以及国内光学产业与国际的接轨。

12 球面曲率半径测量方法综述

球面曲率半径的测量就其测量方式分，有接触式和非接触式。一般对小曲率半径的测量有球面样板法、球径仪法、自准直显微镜法及干涉显微镜测量法等。对于大曲率半径测量，有自准直望远镜法、刀口仪法、牛顿环法、激光球面干涉仪法及莫尔偏折术法。

121 环式球径仪测量球面的曲率半径

如图1所示，环形球径仪法是通过测出某部分球面对应的矢高和弦半径，利用公式（1）得到被测面曲率半径的：

( 1 )

式中，R为被测球面的曲率半径，r为部分球面的弦半径；若测量出r和h,则利用公式(1)可计算出球面曲率半径R为准确地测量弦半径r值,一般采用一定尺寸的测量环,环半径r是经过精密测量的,是己知参量,所以实际测量球面曲率半径R时,只要测出矢高h即可为提高测量精度,在测量环上装有已知半径为p的三个小钢球，测量时使被测球面与三个小钢球接触,如图2所示。