五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

戚二辉; 罗霄; 李明; 郑立功; 张学军

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五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

戚二辉, 罗霄, 李明, 郑立功, 张学军

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戚二辉, 罗霄, 李明, 郑立功, 张学军. 五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(2): 639-646.

引用本文:

戚二辉, 罗霄, 李明, 郑立功, 张学军. 五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(2): 639-646.

Qi Erhui, Luo Xiao, Li Ming, Zheng Ligong, Zhang Xuejun. Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(2): 639-646.

Citation:

Qi Erhui, Luo Xiao, Li Ming, Zheng Ligong, Zhang Xuejun. Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(2): 639-646.

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

戚二辉^1,2,
罗霄^2,3,
李明^1,2,
郑立功^2,3,
张学军^2,3

1.
中国科学院大学,北京100049;
2.
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;
3.
中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033

基金项目:

国家自然科学基金(61210015)

详细信息

作者简介:
戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn

中图分类号: O439;TH741

Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror

Qi Erhui^1,2,
Luo Xiao^2,3,
Li Ming^1,2,
Zheng Ligong^2,3,
Zhang Xuejun^2,3

1.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;
2.
Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;
3.
Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China

摘要: 五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。
- 测量 /
- 光学检测 /
- 五棱镜扫描系统 /
- 光线矢量追迹 /
- 误差分析
Abstract: The scanning pentaprism system has advanta ge of simple structure, quick optical testing and providing precise measurement of low order aberrations, it is an effective method for guiding optical manufacturing of large aperture flat mirror. In order to improve the scanning pentaprism technology, this letter makes detailed analysis on the error sources include pentaprism manufacturing error, thermal effect, components'position motion, mapping error, autocollimator measurement uncertainty in the scanning pentaprism system, and derives their exact influence on the system. The analysis results show that the system's measurement uncertainty on single testing point can be about 230 nrad under current laboratory environment, and the accuracy of scanning pentaprism system is mainly limited by the measurement uncertainty of the autocollimator and the thermal effect, which providing the proceedings that should be cared for improving the system performance. This study also gives an important reference for the error analysis and precision distribution in design of the scanning pentaprism system.
- testing /
- optical testing /
- pentaprism scanning system /
- vectorial ray tracing /
- error analysis

[1]	Sen Han, Erik Novak, Mike Schurig. Ritchey-common test used for measurement of astronomical optical [C]//SPIE, 2003, 4842: 271-273.
[2]
[3]	Senba Y, Kishimoto H, Ohashi H, et al. Upgrade of long trace profiler for characterization of high-precision X-ray mirrors at Spring-8 [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2010, 616: 237-240.
[4]
[5]
[6]	Alcock S G, Sawhney K J S, Scott S, et al. The diamond- NOM: A non-contact profiler capable of characterizing optical figure error with sub-nanometer repeatability [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2010, 616: 224-228.
[7]
[8]	Julius Eldon Yellowhair. Advanced technologies for fabrication and testing of large flat mirrors [D]. Arizona: University of Arizona, 2007.
[9]
[10]	Martin H M, Allen R G, Burge J H, et al. Production of 8.4 m segments for the giant Magellan telescope [C]//SPIE, 2012, 8450: 84502D.
[11]	Hao Qun, Zhao Yang, Cao Mang, et al. Application of pentaprism in establishing the datum plane for measuring flatness in large Scale dimension [J]. Acta Optica Sinica,1998, 18(8): 1134-1137. (in Chinese) 郝群, 赵洋, 曹芒, 等. 五角棱镜在建立大尺寸平面基准中的应用[J]. 光学学报, 1998, 18(8): 1134-1137.
[12]
[13]
[14]	Ma Dongmei, Han Changyuan. System design of large flat mirror measurement based on pentagon prism scanning technology [J]. Electronic Measurement Technology, 2007, 30(11): 90295. (in Chinese) 马冬梅, 韩昌元. 基于五棱镜扫描技术测试大口径平面镜的系统设计[J]. 电子测量技术, 2007, 30(11): 90295.
[15]	Mallik P, Zhao C, Burge J H. Measurement of a 2-m flat using a pentaprism scanning system [J]. Opt Eng, 2007, 46: 023602.
[16]
[17]
[18]	Mallik P, Zhao C, Burge J H. Measurement of a 2-m flat using a pentaprism scanning system [C]//SPIE, 2005, 5869: 58691A.
[19]

[1]	李云辉, 安东阳, 苗中华. 采用张量分解的四摄像机测量系统标定方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20220103-1-20220103-10. doi: 10.3788/IRLA20220103
[2]	张俊, 宫雪非. 大口径长焦距光学检测系统强制对流方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220204-1-20220204-8. doi: 10.3788/IRLA20220204
[3]	王晶, 王孝坤, 胡海翔, 李凌众, 苏航. 夏克哈特曼扫描拼接检测平面镜(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210527-1-20210527-7. doi: 10.3788/IRLA20210527
[4]	王聪, 陈佳夷, 栗孟娟, 王海超, 李斌. 基于干涉测量的Ф1.3 m非球面反射镜定心 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0113001-0113001(6). doi: 10.3788/IRLA202049.0113001
[5]	马磊, 张子昂. 双向反射分布函数测量装置设计及指向精度分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517003-0517003(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0517003
[6]	陈阳, 杨延丽, 孙婷婷, 储海荣, 苗锡奎. 直写式激光导引头标定系统误差分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1105007-1105007(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1105007
[7]	田钰麒, 高天元, 赵宇, 付跃刚. 仿生复眼成像系统角度误差 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 310001-0310001(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0310001
[8]	金星, 洪延姬, 常浩, 李南雷. 用于激光微烧蚀冲量测量噪声误差的蒙特卡洛分析方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1102002-1102002(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1102002
[9]	叶思熔, 江万寿, 李金龙, 刘晓波. 某大视场机载摆扫红外扫描仪几何成像仿真与误差分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420005-0420005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420005
[10]	常凌颖, 赵俊香, 郑爱国, 杜丹. 基于孔径分割的全斯托克斯测量仪的误差分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017004-1017004(8). doi: 10.3788/IRLA201772.1017004
[11]	涂晓波, 陈爽, 苏铁, 母金河, 杨富荣. 光腔衰荡光谱技术用于OH浓度测量的误差分析 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 239002-0239002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0239002
[12]	刘杰, 李华, 付西红. 大尺寸筒状设备圆度误差测量系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 117005-0117005(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0117005
[13]	何凯平, 徐达, 李华. 线激光平行检测阵列弹幕武器弹着点测试方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1017004-1017004(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1017004
[14]	杨晓杰, 李向军, 刘建军. 石英玻璃太赫兹光学参数测量的误差分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1827-1831.
[15]	邓万涛, 汪凯巍, 白剑, 张金春. 高精度子孔径拼接中参考面误差的去除方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1194-1199.
[16]	姚震, 吴易明, 高立民, 吴璀罡, 梅超. 长焦距红外光学系统焦距检测方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1950-1954.
[17]	魏合理, 戴聪明. 辐射特性测量大气传输修正研究：大气辐射传输模式和关键大气参数分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 884-890.
[18]	张刘, 支帅. 双目测量系统目标相对位置误差分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(S1): 116-122.
[19]	赵军丽, 吴易明, 高立民. 直角棱镜棱脊不平度的检测方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 228-232.
[20]	王洋, 颜昌翔, 汪逸群, 高志良. 扫描镜非接触式检测系统的位置误差分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1804-1808.

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五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

1. 中国科学院大学,北京100049;

2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;

3. 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033

作者简介:
戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn

收稿日期: 2014-06-11
修回日期: 2014-07-15
刊出日期: 2015-02-25

基金项目:

国家自然科学基金(61210015)

中图分类号: O439;TH741

关键词:

摘要: 五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。

English Abstract

Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror

1. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;

2. Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China;

3. Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China

Received Date: 2014-06-11
Rev Recd Date: 2014-07-15
Publish Date: 2015-02-25

Keywords:

Abstract: The scanning pentaprism system has advanta ge of simple structure, quick optical testing and providing precise measurement of low order aberrations, it is an effective method for guiding optical manufacturing of large aperture flat mirror. In order to improve the scanning pentaprism technology, this letter makes detailed analysis on the error sources include pentaprism manufacturing error, thermal effect, components'position motion, mapping error, autocollimator measurement uncertainty in the scanning pentaprism system, and derives their exact influence on the system. The analysis results show that the system's measurement uncertainty on single testing point can be about 230 nrad under current laboratory environment, and the accuracy of scanning pentaprism system is mainly limited by the measurement uncertainty of the autocollimator and the thermal effect, which providing the proceedings that should be cared for improving the system performance. This study also gives an important reference for the error analysis and precision distribution in design of the scanning pentaprism system.

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五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

作者简介: 戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn

Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror

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出版历程

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

1. 中国科学院大学,北京100049; 2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033; 3. 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033

作者简介: 戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn

English Abstract

Error analysis of scanning pentaprism system in optical testing on large aperture flat mirror

1. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China; 2. Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China; 3. Key Laboratory of Optical System Advanced Manufacturing Technology,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China

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作者简介:
戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn

1. 中国科学院大学,北京100049;

2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;

3. 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室,吉林长春130033

作者简介:
戚二辉(1989-),男,博士生,主要从事五棱镜扫描技术在大口径平面镜检测中的应用方面的研究。Email:qierhui@mail.ustc.edu.cn