一种基于最小pv值的非球面测量z轴定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于非球面光学检测技术领域，具体涉及一种基于最小PV值的非球面测 量Z轴定位方法。
【背景技术】
[0002] 非球面光学零件具有矫正像差、改善像质、扩大视场和增大作用距离的优点，同时 还能够减轻系统重量，减少占用空间，因此，非球面元件正越来越多地被用于空间光学、军 事国防、高科技民用等领域。随着这些应用领域的快速发展，对非球面的精度要求也越来越 高，需要更高精度的非球面检测方法来保证非球面的高精度制造。
[0003] 目前非球面的高精度检测方法主要有零透镜补偿、子孔径拼接等方法。以上的检 测方法中都会涉及到非球面沿光轴（Z轴）方向上的定位问题，不管是用球面波还是补偿后 的非球面波来匹配测量待测非球面，都需要将待测非球面沿光轴方向定位到准确位置才能 保证测量数据的有效性和准确性，是进行后续面形数据处理的重要前提。
[0004] 传统定位方法是通过观察干涉条纹寻找猫眼位置，即参考光的出射点位置，然后 参考猫眼位置将非球面移至测量位置，虽然精密导轨能够保证非球面沿光轴方向进行移 动，但是仅通过观察干涉条纹是难以准确定位猫眼的，误差较大，而且也会受到待测非球面 自身面形误差的影响。对于低精度的非球面测量，传统的定位方法可以满足测量定位要求， 但对于高精度要求的非球面检测，这种方法只能作为粗定位阶段的辅助手段。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于最小PV值的非 球面测量Z轴定位方法，实现非球面测量时的Z轴高精度定位。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] -种基于最小PV值的非球面测量Z轴定位方法，包括以下步骤：
[0008] 1)、根据非球面参数计算最小PV值对应的最佳参考球面波半径Rze、最佳参考球面 波顶点偏离量Δ ze，得到最小PV值对应的理论测量位置S = Rze+Δ zc;
[0009] 2)、通过观察干涉仪的干涉条纹找到测量猫眼位置，以测量猫眼位置作为Z轴的 测量零位，通过精密导轨沿Z轴移动非球面至理论测量位置S处，得到Z轴初步定位位置， 定位精度小于〇. 5mm ;
[0010] 3)、利用与干涉仪配合的五维精密调整架、光栅尺及光栅尺数显表，在Z轴初步定 位位置的±0. 5mm范围内，通过精密导轨沿Z轴前后移动非球面，利用干涉仪进行多次测 量，直至得到Z轴微米级分辨率下的最小PV值，记录此时最小PV值所对应的Z轴实测位置 Sr ；
[0011] 4)、计算最小PV值对应的实测位置Y与理论测量位置S的差值Δ = -S， 假设测量时需要定位的非球面Z轴位置为P，则该次测量的非球面实测位置应为P'= P+^ -S)，从而完成非球面测量时的Z轴高精度定位。
[0012] 所述的步骤1)的计算过程如下：在非球面测量过程中，将非球面上某一点相对于 参考球面波的偏离量S定义为非球面该点处的面形值，非球面面形的PV值为最大偏离量 Sniax与最小偏离量δ _之差，即PV= δ δ _，不同半径的参考球面波对应的PV值不 同，定义最小PV值对应的参考球面波为最佳参考球面波，假设非球面的口径为D，其子午线 方程为：
[0014] 其中，c = 1/R，R为非球面顶点曲率半径，K为二次项系数，
[0015] 若参考球面波与非球面的切点坐标为（X。，f(x。)），通过几何关系计算得到相应的 参考球面波半径Rc为：
[0017] 相应的顶点偏呙量△ c为：
[0019] 非球面子午线上任意一点（X，f(x))处相对于参考球面波的偏离量δ (X，X。）为：
[0021]由于最小偏离量δηιη在切点位置，且δ ηιη= 〇,则PV = δ ηΜ-δηιη= δ nax，最大 偏离量S _出现在顶点或边缘位置，则非球面的最小PV值PV _为：
[0023] 其中，δ (〇, X。）为非球面顶点处的偏尚量，
为非球面边缘处的偏尚量，
[0024] δ (〇, X。）随着切点坐标X。的增大而增大，在X。= 〇处，δ (〇, X。）= 〇 ;而
随着切点坐标X。的增大而减小，在X。= D/2处，
：则必然存在某处X。= x/， 使得
，因而式（5)可化简为： CN 105180839 A 说明书 3/5 页
[0026] 关于X1/的计算，通过对
的化简可得到方程：
[0028] 通过求解方程（7)即可得到最佳参考球面波与非球面的切点坐标X。= X。'，代入 式（2)、式（3)、式（6)得到最佳参考球面波半径Rze、最佳参考球面波顶点偏离量Aze以及 非球面的最小PV值PV_，从而得到最小PV值所对应的理论测量位置：
[0029] S = Rzc+ Δ zc (8)
[0030] 本发明的有益结果是：本发明通过计算最小PV值对应的理论测量位置，以及寻找 最小PV值对应的实测位置，将最小PV值对应的实测位置与理论测量位置进行比较来实现 非球面测量时的Z轴高精度定位。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明的技术方案流程图。
[0032] 图2为本发明的非球面测量几何关系示意图。
[0033] 图3为本发明的非球面Z轴定位原理图。
[0034] 图4为本发明的非球面Z轴定位示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0036] 参照图1，一种基于最小PV值的非球面测量Z轴定位方法，包括以下步骤：
[0037] 1)、根据非球面参数计算最小PV值对应的最佳参考球面波半径Rze、最佳参考球面 波顶点偏离量Δ ze，得到最小PV值对应的理论测量位置S = Rze+Δ zc;
[0038] 具体的计算过程如下：
[0039] 参照图2,在非球面测量过程中，将非球面上某一点相对于参考球面波的偏离量 S定义为非球面该点处的面形值，非球面面形的PV值为最大偏离量δ _与最小偏离量 S _之差，即PV= δ δ _，不同半径的参考球面波对应的PV值不同，定义最小PV值对 应的参考球面波为最佳参考球面波，假设非球面的口径为D，其子午线方程为：
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