大口径平面光学组件面形检测技术研究与应用

摘要

在惯性约束核聚变(ICF)系统中的大口径平面光学组件，具有需求量大、生产成本高、口径大、面形要求高等特点。目前针对大口径平面光学组件面形检测的手段主要有干涉仪、瑞奇-康芒检测法以及子孔径拼接法等。由于这些方法中的设备往往较为庞大，完成大口径平面光学组件倾斜姿态面形检测的成本较高。角差法通过顺序测量相邻两点间的法线夹角进而积分计算组件面形，可以使测量设备极大简化，从而完成大口径平面光学组件倾斜姿态面形检测。本文针对基于角差法的大口径平面光学组件面形检测系统，通过算法分析与模拟仿真推导出系统测角误差容忍度并由此计算出激光光斑质心定位精度要求，进而设计完成满足工程要求的激光光斑质心定位算法，最后对系统中的软件系统进行了设计与实现。本文主要工作如下：
　　1、分析了角差法面形重构原理，推导出系统的测角误差容忍度，并计算出激光光斑质心定位精度要求。通过分析角差法面形重构原理，得出了角差法中测角误差传递特征；通过对测角误差传递过程的模拟仿真推导出测量432mm×432mm口径组件精度达到λ/3(λ=632nm)需使测角误差≦±0.06″，根据测角原理与系统参数计算得光斑质心定位精度要求为0.2像素。
　　2、设计并实现了一套激光光斑质心定位算法。该算法在传统灰度重心法的基础之上，对图像分割和误差处理进行改进。通过卷积使得分割出的光斑区域圆形度优于传统方法，通过3σ误差处理模型提升质心稳定性。实验表明该算法的质心定位精度优于0.1像素。
　　3、设计并实现了一套大口径平面光学组件面形检测系统软件。该软件采用多进程架构满足系统的多事务和高容灾要求。实验表明该系统可以有效地完成大口径平面光学组件倾斜姿态面形检测，在400mm×400mm测量口径下，其测量精度可达λ/3(λ=632nm)，重复精度可达λ/10(λ=632nm)。

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1 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 大口径平面光学组件面形检测常用方法

1.3 大口径平面光学组件面形检测系统简介

1.4 本文拟解决的关键问题

1.5 本文主要章节安排

2 系统测角误差和光斑质心定位精度要求分析

2.1 角差法面形重构原理

2.2 角差法中测角误差容忍度分析

2.3 激光光斑质心定位算法精度要求计算

2.4 本章小结

3 激光光斑质心定位算法

3.1 激光光斑质心定位算法概述

3.2 激光光斑质心定位算法

3.3 激光光斑质心定位算法实验分析

3.4 本章小结

4 软件系统设计与实现

4.1 软件系统概述

4.2 软件系统总体设计

4.3 软件系统主要功能模块设计

4.4 软件系统实现

4.5 本章小结

5 大口径平面光学组件面形检测系统实验与分析

5.1 光学测角模块角度测量实验与分析

5.2 系统面形测量实验与分析

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果