非球面具有优越的光学性能,因此大口径非球面元件广泛应用在军用及民用设备上,如天文望远镜、激光武器、医疗影像设备等。但是,大口径非球面的加工及测量是影响其发展的主要因素。所以提高测量精度,反映更接近真实加工出的大口径非球面轮廓面形,在获得测量数据后,根据理论轮廓面形精度要求,进行误差补偿,提高加工精度,降低面形误差,建立精密测量系统提高大口径非球面的面形精度具有重要意义。大口径非球面测量方式根据加工时的状态,可分为三种测量方式,即离线测量、在位测量以及在线测量,传统常用三坐标测量机等进行离线测量的方法,对面形轮廓测量,该测量方式不仅要重复定位、测量效率低,而且还可能会引入新的误差,如重复多次装夹工件,产生的定位误差,难以满足现场加工测量的需求。对大口径非球面零件进行加工过程中,离线测量方法效率低、不适应多道工序的现场加工要求的一些问题,本文对大口径非球面的测量提出一种非接触的测量方式,实行在位测量,提高测量效率以及测量精度,适应加工现场的加工要求,主要研究内容及成果包括:提出非接触测量的路径规划;根据非球面类型以及轮廓面形提出合适的测量路径,研究了离轴非球面与对称非球面的测量路径规划,根据测量路径对非球面的轮廓面形进行采样测量,兼顾采样数量与测量效率。利用NURBS曲线拟合的关键参数;根据NURBS曲线的拟合过程,逐步确定离散数据点、数据参数化、节点向量、控制顶点、权因子等关键参数。在确定关键参数期间,基于规划的路径进行采样,获取离散数据点,创新性地提出了一种对测量路径上的采样点优化方法——等切线距离采样法,提高NURBS曲线拟合效率。对拟合后的NURBS曲线插入节点,改变NURBS曲线形状,对曲线进行局部优化的方法,进行测量路径的优化,同时对NURBS曲线插入节点向量,对非球面生成最为合理的测量路径。对在进行非接触测量时几种误差源分析以及误差评定;NURBS拟合误差和运动台导轨误差处理方法,调整NURBS曲线形状以及运动台导轨误差通过对导轨误差分离,并利用最小二乘法进行误差评定。通过实验分析,对离轴非球面以及大口径非球面进行非接触在位测量,对比NURBS曲线拟合与普通拟合测量精度,经过NURBS曲线拟合后的测量路径,面形误差的PV值显著降低。