计算全息补偿检测自由曲面的高精度位姿测量

为实现自由曲面的定位与位姿高精度测量,提出了"光学-机械"基准定位法,建立了位姿测量模型,并对该方法的定位误差和基准选择展开研究.根据三坐标测量机与计算全息提出了"光学-机械"基准定位法.然后,采用球形安装的回射器(Sphere Mounted Retroreflector,SMR)、猫眼、基准球作为基准,基于波像差理论与视差效应分别建立了3种基准的位姿测量模型,得到了位置误差与基准区域波前像差的函数关系,并对3种位姿测量模型进行对比.最后,对3种基准位姿测量方法进行仿真及实验验证,实测结果与模型的残差结果均小于0.05λ,相对误差均小于2.43％,验证了模型的准确性.实验结果表明,当检测距离为1 000 mm时,猫眼法的轴向定位误差为24 μm;基准球法的轴向定位误差为50 μm;SMR靶球法的轴向定位误差为16 μm,X,Y方向的定位误差为1 μm,滚转角定位误差为3.26″.SMR靶球法的定位误差最小、检测动态范围最大且检测光学元件的自由度最多,更适用于自由曲面的高精度位姿检测.