CN100462673C - 大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法，装置包括由干涉仪调焦平台、位于干涉仪调焦平台前方的偏摆反射镜偏摆平台、位于偏摆反射镜偏摆平台下方的被测非球面镜三维运动调整平台构成的五轴运动调整平台，以及装设于相应平台上的激光波面干涉仪、偏摆反射镜、被测非球面镜的多点支撑机构，以及与激光波面干涉仪连接的内装检测数据处理算法程序的主控计算机。利用该装置通过主控计算机按照检测数据处理算法可将检测得到的多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图，包括初始位姿确定方法、重叠区域数据提取算法以及区域数据拼接算法。本发明是一种低成本、高精度、高效率的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法。

Description

大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法

技术领域

本发明光学测试技术领域，主要涉及一种针对回转对称的大口径大相对孔径非球面镜的中高频面形误差的检测装置与方法。

背景技术

为了增大系统的聚光本领和峰值光强，同时缩短镜筒从而缩减成本，新一代天文望远镜等高技术光学装备的一个突出特征是大口径大相对孔径。人们从发展进程的时间函数曲线预测，21世纪大型反射式望远镜主镜的相对孔径将大致分布在1:1.5～1:1之间。对于大口径大相对孔径非球面镜，除了其低频面形误差会影响成像系统的分辨率，降低峰值强度外，中高频误差同样会导致像质恶化。因此大口径大相对孔径非球面镜还对中高频误差提出了严格要求，例如美国航空航天局(NASA)对JWST次镜要求全口径上小于5个周期的尺度内的扰动为均方根(RMS)34nm，全口径上5～30个周期的尺度内的扰动为RMS 12nm，而全口径上30个周期以上的尺度内的扰动为RMS4nm。

在抛光阶段非球面镜的面形误差常用波面干涉仪进行检测。对于大口径大相对孔径非球面镜，由于非球面度大，例如口径500mm、相对孔径1:1.6的抛物面镜的非球面度约为29.8μm，远远超出了波面干涉仪的垂直测量范围，导致形成的干涉条纹太密而无法解析。采用补偿器可以将干涉仪的测试球面波前变换成与被测非球面镜匹配的非球面波前，从而实现干涉检测的目的，但是补偿器本身存在制造、检测和装调问题，并且横向测量分辨率取决于干涉仪所用CCD的象素和干涉仪的光学传递函数，通常难以准确检测到中高频面形误差信息。

Liu和Lawrence等在“Subaperture testing of aspheres with annularZones”，Y.M.Liu，G.N.Lawrence，and C.L.Koliopoulo，AppliedOpti cs，27(21)：4504-4513，1988中提出采用环带子孔径拼接的方法测量大口径回转对称非球面镜，无需补偿器而增大了垂直测量范围。侯溪等在中国专利申请号“200510116819.5”“一种大口径深型非球面镜检测系统”的实施方案中提出利用部分补偿器进行环带子孔径拼接测量，可以解决大口径深型非球面镜所需环带子孔径数目多的问题。以上方法只能增大垂直测量范围，横向测量分辨率仍然取决于干涉仪所用CCD的象素和干涉仪的光学传递函数。

陈伟等在中国专利申请号“200510086657.5”“大口径非球面光学元件中高频差检测方法”中，通过计算光学元件的二维功率谱密度，求取环围能量，以确定相应频率范围能量损失，它是一种中高频误差的数据处理和评价方法，而不涉及误差信息本身的检测方法。

美国QED公司在“An automated subaperture stitching interferometerworkstation for spherical and aspherical surfaces”，P.E.Murphy，andG.W.Forbes，Proc.SPIE，Vol.5188，296-307，2003和美国专利“US6956657B2”中提出一种非球面镜面形误差检测的子孔径拼接方法，将被测非球面镜划分为若干更小口径的子孔径，子孔径的测量范围可以覆盖全口径，并且各子孔径间稍有重叠；通过6轴运动平台调整被测非球面镜或干涉仪，对子孔径进行零位干涉检测，然后采用拼接算法得到全口径的检测结果，算法主要补偿了干涉仪成像畸变误差、参考波面误差以及子孔径之间的倾斜、离焦误差。算法不需迭代，由硬件精度保证可靠性。这种方法主要用于200mm口径以下的非球面镜检测，对于大口径大相对孔径非球面镜，由于运动调整平台的行程增大，而精度要求不变；并且负载增大，光路也加长了，必须采用新的光路和结构设计。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的技术问题，提出一种低成本、高精度、高效率的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法。

为了实现上述目的，本发明提出的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，它包括由干涉仪调焦平台、位于干涉仪调焦平台前方的偏摆反射镜偏摆平台、位于偏摆反射镜偏摆平台下方的被测非球面镜三维运动调整平台构成的五轴运动调整平台，以及装设于相应平台上的激光波面干涉仪、偏摆反射镜、被测非球面镜的多点支撑机构，以及与激光波面干涉仪连接的内装检测数据处理算法程序的主控计算机。所述五轴运动调整平台用于被测非球面镜上多个部分区域的干涉零位检测，主控计算机根据检测数据处理算法将检测得到的多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图，包括初始位姿确定方法，重叠区域数据提取算法以及区域数据拼接算法。

所述干涉仪调焦平台包括角钢焊接座和调焦运动Z轴组件，调焦运动Z轴组件可以是由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副以及干涉仪安装板组成，运动精度达到亚毫米级。

所述偏摆镜偏摆平台包括槽钢焊接龙门架和偏摆运动B轴组件，偏摆运动组件可以是由步进电机、弹性联轴器、蜗轮蜗杆传动机构和反射镜安装框架组成，运动精度达到1’量级。

所述被测非球面镜三维运动调整平台包括垂直光轴方向的XY平面内的X轴运动调整平台、Y轴运动调整平台和绕光轴回转的C轴转台，X轴运动调整平台和Y轴运动调整平台均可以是由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副组成，运动精度要求达到亚毫米级；C轴转台可以是由交流伺服电机和谐波齿轮减速器组成，回转运动精度达到1’量级。

本发明的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，与QED公司检测200mm口径以下非球面镜的六轴运动平台不同，其主要特点是检测过程中只需要五轴运动调整，容易实现，并且运动精度要求不高，因而成本低。为了保证检测结果的可靠性，与之配套的检测数据处理算法必须迭代优化，并且收敛范围要大。

采用所述本发明装置的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测方法如下：

第一步：调整被测非球面镜及其多点支撑机构在被测非球面镜三维运动调整平台上的位置，使得镜面轴线与转台轴线基本重合；

第二步：根据被测非球面镜的反射光点在干涉仪的CCD上的位置，通过多点支撑机构调节被测非球面镜的俯仰和偏摆，使得被测非球面镜回转一周而反射光点基本不动；

第三步：通过偏摆反射镜偏摆平台调整偏摆反射镜的偏摆角度，通过被测非球面镜三维运动调整平台调整被测非球面镜的位置，使得被测镜面上的被测部分区域位于镜面中心；

第四步：用激光波面干涉仪测量被测非球面镜中心区域的面形，数据存盘，记录五轴位置；

第五步：按照部分区域划分方案，通过偏摆反射镜偏摆平台调整偏摆反射镜的偏摆角度，通过被测非球面镜三维运动调整平台调整被测非球面镜的方位角和位置，通过干涉仪调焦平台调整干涉仪的位置，使得干涉仪对准被测非球面镜上的离轴部分区域，测量离轴区域的面形并将测量数据存盘，记录五轴位置；

第六步：重复第五步直到所有部分区域测量完毕，将五轴位置记录和激光波面干涉仪检测的测量数据输入到主控计算机用检测数据处理算法进行处理，将检测得到的多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图，所述检测数据处理算法包括初始位姿确定方法，重叠区域数据提取算法以及区域数据拼接算法。

所述初始位姿确定方法根据检测过程中五轴运动的位置，自动计算干涉仪相对被测非球面镜的初始位姿。

所述重叠区域数据提取算法根据数据点到理想面的投影点之间的包容关系，自动确定任意两个被测部分区域之间的重叠数据，不需要对检测数据进行预处理。

所述区域数据拼接算法通过迭代优化，补偿检测过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差，使得所有重叠数据之间的不一致性最小，同时所有数据点与理想面形最佳匹配，因而不需要精确的先验知识，所述五轴运动调整平台的直线运动精度在亚毫米级，回转运动精度在1’量级即可。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置与方法通过五轴运动调整平台进行多个部分区域的干涉零位检测，通过检测数据处理算法拼接得到全口径上的面形误差，提高横向分辨率的同时增大了垂直测量范围，因而可以获得大口径大相对孔径非球面镜的中高频误差；

2、本发明的五轴运动调整平台结构简单，直线运动精度在亚毫米级，回转运动精度在1’量级即可，从而降低了成本；

3、本发明的检测数据处理算法能自动计算干涉仪相对被测非球面镜的初始位姿，自动确定任意两个被测部分区域之间的重叠数据，补偿了检测过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差，从而不需要对检测数据进行预处理，不需要精确的先验知识，就可以高效率地获得高精度的中高频误差检测结果。

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置示意图。

图2是全口径上被测部分区域划分示意图。

图3是位于被测非球面镜中心区域的干涉图。

图4是位于被测非球面镜边缘区域的干涉图。

图5是检测装置运动学构型示意图。

图6是重叠区域数据提取算法示意图。

图7是检测数据处理算法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置有一五轴运动调整平台1，包括干涉仪调焦平台11、位于干涉仪调焦平台前方的偏摆反射镜偏摆平台12、位于偏摆反射镜偏摆平台下方的被测非球面镜三维运动调整平台13；在干涉仪调焦平台11、偏摆反射镜偏摆平台12、被测非球面镜三维运动调整平台13上分别装设激光波面干涉仪2、偏摆反射镜3、被测非球面镜的多点支撑机构4，内装检测数据处理算法程序的主控计算机5与激光波面干涉仪连接2。

其中干涉仪调焦平台11包括角钢焊接座111和调焦运动Z轴组件112，调焦运动Z轴组件112由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副以及干涉仪安装板组成，运动精度达到亚毫米级。

偏摆镜偏摆平台12包括槽钢焊接龙门架121和偏摆运动B轴组件122，偏摆运动组件122由步进电机、弹性联轴器、蜗轮蜗杆传动机构和反射镜安装框架组成，运动精度达到1’量级。

被测非球面镜三维运动调整平台13包括垂直光轴方向的XY平面内的X轴运动调整平台131、Y轴运动调整平台132和绕光轴回转的C轴转台133，X轴运动调整平台131和Y轴运动调整平台132均由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副组成，运动精度达到亚毫米级；C轴转台133由交流伺服电机和谐波齿轮减速器组成，回转运动精度达到1’量级。

激光波面干涉仪采用菲索(Fizeau)型球面干涉仪，测试光束通过透射球变换为球面波。偏摆反射镜是表面镀膜的平面反射镜，面形精度为PV(Peak-Valley)λ/20，λ是干涉仪所用激光波长。多点支撑机构根据被测非球面镜的几何尺寸和材料特性进行设计，在《先进光学制造技术》(杨力主编，科学出版社，2001)中有详细论述。为了减小环境振动对检测的影响，建议将整个检测装置放置在气浮隔振平台上。

本发明的检测数据处理算法将检测得到的多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图，包括初始位姿确定方法、重叠区域数据提取算法以及区域数据拼接算法。初始位姿确定方法根据检测过程中五轴运动的位置，自动计算干涉仪相对被测非球面镜的初始位姿；重叠区域数据提取算法根据数据点到理想面的投影点之间的包容关系，自动确定任意两个被测部分区域之间的重叠数据；区域数据拼接算法通过迭代优化，补偿检测过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差，使得所有重叠数据之间的不一致性最小，同时所有数据点与理想面形最佳匹配。

本发明的工作原理：见图2，首先将大口径大相对孔径非球面镜划分为若干部分区域，相邻部分区域之间互有重叠，所有区域可覆盖被测非球面镜的全口径；见图1，将被测非球面镜及其多点支撑机构4安装在三维运动调整平台13上；干涉仪2发出的球面波测试光束经偏摆反射镜3偏摆后，由水平方向变为垂直方向，入射到被测非球面镜的部分区域上，由于被测非球面镜部分区域的非球面度小，测试光束反射后经偏摆反射镜3偏摆，变成水平光束返回干涉仪2，与干涉仪2的参考光束相遇形成干涉，从而实现被测非球面镜部分区域的零位干涉检测；调整五轴运动平台1的五轴位置，完成对被测非球面镜上其他部分区域的零位干涉检测；将检测过程中五轴位置以及干涉仪2的测量数据输入计算机5，利用检测数据处理算法自动计算各部分区域检测过程中干涉仪相对被测非球面镜的初始位姿，自动确定任意两个被测部分区域之间的重叠数据，最后通过迭代优化，补偿检测过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差，从而实现将多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图。

本发明的检测步骤如下(参见图1)：

第一步：调整被测非球面镜及其多点支撑机构4在C轴转台133上的位置，使得镜面轴线与转台轴线基本重合；

第二步：根据被测非球面镜的反射光点在干涉仪2的CCD上的位置，通过多点支撑机构调节被测非球面镜的俯仰和偏摆，使得被测非球面镜回转一周而反射光点基本不动；

第三步：通过偏摆运动B轴组件122调整偏摆反射镜3的偏摆角度，通过X轴运动调整平台131和Y轴运动调整平台132调整被测非球面镜的X轴、Y轴位置，使得被测镜面上的被测部分区域位于镜面中心；

第四步：测量被测非球面镜中心区域的面形，数据存盘，记录五轴位置，中心区域的干涉图如图3所示；

第五步：按照部分区域划分方案，通过偏摆运动B轴组件122调整偏摆反射镜3的偏摆角度，通过C轴转台133调整被测非球面镜的方位角，通过X轴运动调整平台131和Y轴运动调整平台132调整被测非球面镜的X轴、Y轴位置，通过调焦运动Z轴组件112调整干涉仪2的Z轴位置，使得干涉仪2对准被测非球面镜上的离轴部分区域，测量离轴区域的面形并将测量数据存盘，记录五轴位置，位于边缘区域的干涉图如图4所示；

第六步：重复第五步直到所有部分区域测量完毕，将五轴位置记录和干涉仪测量数据输入到检测数据处理算法中进行处理。

本发明的检测数据处理算法流程如图7所示：

第一步：输入数据，确定初始位姿和最佳拟合球半径等参数。大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置的运动学构型如图5所示，干涉仪2通过偏摆运动B轴组件和调焦运动Z轴组件与基座(相对大地是静止的)相连，被测非球面镜及其多点支撑机构4通过C轴转台、Y轴运动调整平台和X轴运动调整平台与基座相连，从干涉仪2到基座再到被测非球面镜及其多点支撑机构4是一个串联机构。在距离测试光束焦点O为r_ts的测试球面波顶点处建立检测坐标系{C_i}，与干涉仪2固连，r_ts为干涉仪2的透射球的顶点曲率半径；在被测非球面镜的顶点上建立模型坐标系{C_M}，与被测非球面镜固连，r_oc为被测非球面镜的顶点曲率半径。假设检测过程中X轴、Y轴、Z轴、B轴和C轴的位移大小分别为x、y、z、β和γ，根据机器人运动学理论，模型坐标系{C_M}相对检测坐标系{C_i}的位姿变换为

$g_i=g_0\exp (-{\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{z}z)\exp (-{\widehat{\mathrm{\ξ}}}_b\mathrm{\β})\exp \left({\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{x}x\right)\exp \left({\widehat{\mathrm{\ξ}}}_{y}y\right)\exp \left({\widehat{\mathrm{\ξ}}}_c\mathrm{\γ}\right)$

式中 $g_0=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& r_{\mathrm{ts}}-r_{\mathrm{oc}}\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],$ ${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_x=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ ${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_y=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$

${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_z=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ ${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_b=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& r_{\mathrm{oc}}-l& 1\\ 0& l-r_{\mathrm{oc}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ ${\widehat{\mathrm{\ξ}}}_c=\left[\begin{array}{cccc}0& -1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right].$

最佳拟合球是指与被测部分区域最佳匹配的测试光束球面波，最佳拟合球半径根据不分区域划分方案确定，由于本发明的检测数据处理算法的收敛范围大，最佳拟合球半径的初始值也可以取为被测部分区域中心点的曲率半径。

第二步：重叠区域数据提取。假设第i个部分区域上干涉仪(2)的测量数据为{w_j，i＝(u_j，i，v_j，i，φ_j，i)}，j＝1，...，N_i，其中φ_j，i为象素坐标(u_j，i，v_j，i)上的相位差，N_i为第i个部分区域上的采样点数。根据球面干涉仪的测试几何关系，测量数据点在检测坐标系{C_i}下的坐标由下式获得

$\left(\begin{array}{c}{x}_{j,i}\\ y_{j,i}\\ z_{j,i}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}(r_i+{\mathrm{\φ}}_{j,i}){\mathrm{\α}}_i{u}_{j,i}\\ (r_i+{\mathrm{\φ}}_{j,i}){\mathrm{\α}}_i{v}_{j,i}\\ r_{\mathrm{ts}}-(r_i+{\mathrm{\φ}}_{j,i})\sqrt{1-{\mathrm{\α}}_i^2(u_{j,i}^2+v_{j,i}^2)}\end{array}\right)$

式中r_i为最佳拟合球半径，α_i＝τ_i/r_ts，其初始值由干涉仪(2)的内部光路参数确定，也可以通过标定获得，τ_i为像面上横向坐标与CCD像面上横向坐标之间的比例因子。r_i和α_i的数值通常不能准确获知，其不确定性通过区域数据拼接算法进行补偿。

利用第一步确定的位姿{g_i}、最佳拟合球半径{r_i}和比例因子{α_i}后，将测量数据点变换到模型坐标系{C_M}下的坐标可以用下式表示

$f_i{w}_{j,i}=g_i^{-1}{[x_{j,i},y_{j,i},z_{j,i},1]}^T$

在模型坐标系{C_M}下将第k个部分区域与第i个部分区域中所有测量数据点均投影到被测非球面镜的理想表面上，产生相应投影点集{x_j，k}和{x_j，i}。称第k个部分区域中的点f_kw_jo，k落在重叠区内，若其投影点x_jo，k在XY平面上的投影位于投影点集{x_j，i}在XY平面上的投影的凸包内。图6所示为二维情形下的重叠区域数据提取算法，由于投影p_jo，k在位于线段

内，点f_iw_jo，i是一个重叠点。

提取了重叠区域数据后，计算其对应的测量数据点到理想表面上的距离之偏差的均方根值σ_o，同时计算所有测量数据点到理想表面上的距离的均方根值σ，其中σ和σ_o是关于位姿{g_i}、最佳拟合球半径{r_i}和比例因子{α_i}的非线性函数。

第三步：计算目标函数值。目标函数为双目标的线性组合

F＝μ₁σ²+μ₂σ_o ²

其中μ₁和μ₂为正的权系数，满足μ₁+μ₂＝1。

第四步：判断是否收敛。收敛条件是目标函数值F<ε₁或相邻两次迭代的目标函数值之差|F_n—F_n-1|<ε₂，ε₁和ε₂是预先给定的常数。如果满足收敛条件，则算法结束；否则继续下一步。

第五步：区域数据拼接，计算新的位姿、最佳拟合球半径和比例因子等参数。对目标函数进行线性化处理，将其表示为关于位姿参数、最佳拟合球半径和比例因子的线性函数，从而目标函数最小化问题化为线性最小二乘问题，求解线性方程组获得新的位姿、最佳拟合球半径和比例因子。算法跳转到第二步(可参考chen等“Iterative algorithm for subaperture stitchrng test withspherical interferometers”J.OSA.A.23(5)：1219—1226，2006)。

本发明在具体实现时，需要说明以下几点：

1、安装时角钢焊接座111、槽钢焊接龙门架121和被测非球面镜三维运动调整平台13三者之间的相互位置可以根据被测非球面镜的口径和相对孔径进行调整(参见图1)。

2、大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测可能涉及的被测部分区域数目较多、数据量太大，为了解决由此引起的迭代计算时间剧增的问题，在检测数据处理算法中建议采取粗-精结合的拼接策略。即先对检测数据进行低分辨率二次采样，应用检测数据处理算法处理低分辨率数据后得到的最优参数(位姿、最佳拟合球半径和比例因子)再作为初始参数输入到检测数据处理算法中，将原始的高分辨率检测数据拼接到一起，此时只需要2～3次迭代即可，从而减少计算时间。另外在区域数据拼接算法中建议采用分块QR分解方法求解线性方程组，以避免内存不足问题。

Claims (8)

1.一种大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，其特征在于：包括由干涉仪调焦平台、位于干涉仪调焦平台前方的偏摆反射镜偏摆平台、位于偏摆反射镜偏摆平台下方的被测非球面镜三维运动调整平台构成的五轴运动调整平台，以及装设于相应平台上的激光波面干涉仪、偏摆反射镜、被测非球面镜的多点支撑机构，以及与激光波面干涉仪连接的内装检测数据处理算法程序的主控计算机。

2.根据权利要求1所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，其特征在于：所述干涉仪调焦平台包括角钢焊接座和调焦运动Z轴组件，调焦运动Z轴组件由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副以及干涉仪安装板组成。

3.根据权利要求1所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，其特征在于：所述偏摆反射镜偏摆平台包括槽钢焊接龙门架和偏摆运动B轴组件，偏摆运动B轴组件由步进电机、弹性联轴器、蜗轮蜗杆传动机构和反射镜安装框架组成。

4.根据权利要求1或2或3所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测装置，其特征在于：所述被测非球面镜三维运动调整平台包括垂直光轴方向的XY平面内的X轴运动调整平台、Y轴运动调整平台和绕光轴回转的C轴转台，X轴运动调整平台和Y轴运动调整平台均由交流伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠和滚动导轨副组成；C轴转台由交流伺服电机和谐波齿轮减速器组成。

5.一种采用权利要求1所述装置的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测方法如下：

第一步：调整被测非球面镜及其多点支撑机构在被测非球面镜三维运动调整平台上的位置，使得镜面轴线与转台轴线基本重合；

第二步：根据被测非球面镜的反射光点在干涉仪的CCD上的位置，通过多点支撑机构调节被测非球面镜的俯仰和偏摆，使得被测非球面镜回转一周而反射光点基本不动；

第三步：通过偏摆反射镜偏摆平台调整偏摆反射镜的偏摆角度，通过被测非球面镜三维运动调整平台调整被测非球面镜的位置，使得被测镜面上的被测部分区域位于镜面中心；

第四步：用激光波面干涉仪测量被测非球面镜中心区域的面形，数据存盘，记录五轴位置；

第五步：按照部分区域划分方案，通过偏摆反射镜偏摆平台调整偏摆反射镜的偏摆角度，通过被测非球面镜三维运动调整平台调整被测非球面镜的方位角和位置，通过干涉仪调焦平台调整干涉仪的位置，使得干涉仪对准被测非球面镜上的离轴部分区域，测量离轴区域的面形并将测量数据存盘，记录五轴位置；

第六步：重复第五步直到所有部分区域测量完毕，将五轴位置记录和激光波面干涉仪检测的测量数据输入到主控计算机用检测数据处理算法进行处理，将检测得到的多幅部分区域的误差面形图拼接成全口径上包含中高频段的误差面形图，所述检测数据处理算法包括初始位姿确定方法，重叠区域数据提取算法以及区域数据拼接算法。

6.根据权利要求5所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测方法，其特征在于：所述初始位姿确定方法根据检测过程中五轴运动的位置，自动计算干涉仪相对被测非球面镜的初始位姿。

7.根据权利要求5所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测方法，其特征在于：所述重叠区域数据提取算法根据数据点到理想面的投影点之间的包容关系，自动确定任意两个被测部分区域之间的重叠数据。

8.根据权利要求5所述的大口径大相对孔径非球面镜中高频误差检测方法，其特征在于：所述区域数据拼接算法通过迭代优化，补偿检测过程中的六自由度位姿误差、最佳拟合球半径误差以及干涉仪成像的横向比例误差，使得所有重叠数据之间的不一致性最小，同时所有数据点与理想面形最佳匹配。

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