随着超精密光学技术的发展,球面/非球面光学元件的应用日益广泛,同时超精密光学元件表面疵病检测的要求也越来越高,因此能够对大口径球面/非球面光学元件表面疵病进行检测的疵病检测仪器的需求应运而生。目前已有的疵病检测系统和设备主要针对大口径光学元件或者平面光学元件,关于球面光学元件的疵病检测设备研究甚少,难以实现非球面光学元件的高精度检测,无法满足大口径球面/非球面光学元件表面疵病的检测需求。本文在光学检测技术已较为成熟的基础上,从表面疵病的检测需求出发,设计了用于大口径球面/非球面光学元件的疵病检测仪器机械结构。为保证机械结构的合理性,缩短样机研发周期,对机械结构进行了仿真分析并建立了相关数学模型。在疵病检测仪样机研制成功后进行了疵病检测实验研究,验证了疵病检测的能力。本文的主要工作内容如下:1.结合大口径球面/非球面光学元件的参数及光学检测方法,分析了实现高精度表面疵病检测所需机械结构的各项参数及接口需求。参考目前光学检测设备的一般结构形式,针对现有研发条件,综合考虑了操作难度、成本等因素,确定了高精度疵病检测仪的布局形式,并对各部分的机械结构进行了选型、设计,实现进行疵病检测所需的功能要求,完成疵病检测仪的结构设计。2.对疵病检测仪主要结构进行仿真分析,得出光学检测系统微调机构关键部件和光学检测系统关键部件在静载条件下的受力及变形情况,在此基础上对结构进行优化设计,减轻负载质量并减小因变形对检测精度的影响;通过模态分析得到光学检测系统微调机构关键部件、光学检测系统关键部件和整机的前6阶固有频率,与电机工作频率比较,确保在检测过程中不会发生共振造成探头的抖动,保证了结构的稳定性、设计的合理性。3.基于多体系统理论建立了疵病检测仪机械结构的刚性模型。通过低序体阵列和拓扑结构描述了疵病检测仪的结构特点,提出了疵病检测仪的运动学模型和精度模型。通过疵病检测仪的运动学模型可实现运动轴的路径反演,便于计算机根据待测光学元件面形自动计算运动轴轨迹。根据疵病检测仪的精度模型与典型非球面光学元件算例进行了误差补偿计算,对疵病检测仪的精度进行了预测,验证了整体机械结构的合理性,为疵病检测仪的误差补偿提供了基础。4.对各运动单元及功能机构进行安装、调试,标定了各项误差指标,制定了疵病检测仪器的操作步骤,并通过疵病检测实验得到疵病图像,验证疵病检测仪的检测能力。