非球面光学元件在各领域中得到越来越广泛的应用。近年来,光学元件加工技术发展迅速,面形加工精度可达纳米量级,但非球面的高精度通用化检测一直是一项具有挑战的课题。干涉测量法具有高精度、高灵敏度、重复性好等优点,是面形高精度检测的常用方法,其中非零位法又可在一定程度上提高测量通用性。美国、英国、德国及国内等多个研究团队分别基于不同的非零位检测原理,对非球面的干涉检测展开研究。本文在课题组已有的工作基础上,基于部分零位补偿透镜,研究非球面的通用化检测技术。从理论设计、软件与算法保证和硬件控制等三个方面进行研究和讨论,解决非球面通用化检测过程中的关键技术问题,利用所搭建的检测系统样机完成实验验证。建立部分零位补偿透镜体系,实现非球面通用化补偿。分析采用非球面波作为入射被测面的检测波相对于采用球面入射波的优势;通过直接限定正向补偿中干涉波前的最大斜率保证条纹可被分辨、以及控制光线由像面逆向映射至被测面时二者空间坐标一一顺序对应以避免采样数据混淆影响面形重构,实现双向约束的部分零位补偿透镜优化设计;提出基于双向约束的补偿透镜通用化检测能力分析方法,构建和优化部分零位补偿透镜体系;建立体系的补偿范围数据库,以少数补偿透镜实现对较大参数范围内非球面的通用化补偿,并对被测面实现最佳补偿透镜的快速匹配。为基于部分零位补偿透镜的非球面通用化检测提供理论可行性分析和硬件设计基础。研究非零位检测的回程误差校正算法。介绍回程误差校正的研究现状,提出固有回程差和不可预知回程误差的划分概念,从这一角度分析三种常用算法的原理与校正能力;提出双次追迹法用于转换面形误差的表征方向、以及面形误差的中高频信息恢复算法,对重构面形误差进行统一表征;研究三种常用回程误差校正算法的校正能力以及对被测面的位姿容差,以指导不同检测条件下的校正算法选择和被测面位姿精度的控制,从算法层面保证非球面检测较高的通用化程度和重构面形的理论精度。构建通用型非球面检测数据处理系统并设计检测系统软件。实现脱离商用光学设计软件的实际干涉检测系统模型仿真,完成干涉波前的回程误差校正,提出非线性优化求解较优算法;在同一平台构建通用型非球面检测数据处理与检测流程控制系统,设计检测系统测试软件,避免多平台、多软件之间的复杂操作以及依托商用光学设计软件时的高昂成本和程序冗余,实现数据自主通用化处理,为非球面的通用化检测提供软件保障。研究关键元件的位姿误差控制方法。分析部分零位补偿透镜和非球面误差对干涉波前的影响,介绍已有的调整方法和误差控制精度;提出基于双光路成像的元件姿态误差控制方法,以及利用数据库匹配和优化搜索的非球面定位方法,提高方法通用性和调整效率,同时简化系统结构,为保障检测结果的精度提供通用、高效的硬件控制方法。对基于部分零位补偿透镜的非球面检测技术与系统进行实验验证。设计加工一组部分零位补偿透镜体系,完成对关键元件的位姿误差控制、基于部分零位补偿透镜的非球面检测以及不同检测条件下回程误差校正算法对重构结果的影响验证。证明基于部分零位补偿透镜可以实现非球面的通用化检测,测量结果与零位法检测结果吻合,通过选择合适的校正算法能够扩展系统动态范围、提高通用性并达到较高的测量精度。