基于模型的绝对面形重构技术及其不确定度评估方法研究

Modern optical engineering raised higher requirements for high accuracy surface figure measurement. The absolute testing technique and its uncertainty evaluation is the key technology and hot topics in the surface metrology. Absolute testing technique is the most popular method to obtain high accuracy surface figure measurement. Most of the last researches focused on the method of getting high accuracy result and high precision, and few concern the uncertainty of the test result, which is an important part of a full measurement. Thus there is no international standard for uncertainty evaluation of surface figure measurement. This project aims to propose a novel absolute test method, which is a model-based method. This method is based on the idea of “Virtual Metrology” and block design. Our main work is as follows, forward modelling, inverse model solution, error propagation and uncertainty evaluation, and cross test expriments. The results of the project will be demonstrated to provide a novel effective method to test absolute testing techniques.

现代光学工程对超高精度面形检测提出更高要求，而绝对面形干涉测量及不确定度评估一直是世界前沿课题和热点研究方向。绝对测量是目前最普遍使用的高精度面形测量方法，前人研究多关注高精度绝对面形的获得、重复和复现精度，针对测量结果重要组成部分的不确定度方面研究甚少，国际上也正处于探索和初步应用阶段。本项目重点研究基于模型的绝对面形重构技术及其不确定度评估方法，为高精度绝对面形检测和测量结果的质量评估提供了一种新途径。拟采用“虚拟测量”和模块化概念，主要解决以下关键科学和技术问题：正向模型建立、模型逆向求解、误差传递模型与不确定度评估和实验对比验证。本项目可解决高精度面形测量、校准和误差补偿等过程存在的复杂因素造成的面形测量结果不确定度评估难题，满足现代超高精度面形测量对高质量数据的需求，其研究成果将为高端光学系统研制提供一种新手段，具有显著的现实意义和广泛应用前景。

高精度面形检测是光学元件超精密制造的依据，面形测量结果及其不确定度已经成为限制面形误差进一步减小的重要因素。高精度（低不确定度）面形往往通过绝对测量技术实现，在控制测量过程主要不确定度来源的前提下，结合绝对检测技术可以实现最小不确定度的检测。本项目研究的就是基于模型的绝对面形重构技术及其不确定度评估方法，为高精度绝对面形检测和测量结果的质量评估提供了一种新途径。项目采用“虚拟测量”和模块化概念，主要解决了以下关键科学和技术问题：正向模型建立、模型逆向求解、误差传递模型与不确定度评估和实验对比验证。本项目解决了高精度面形测量、校准和误差补偿等过程存在的复杂因素造成的面形测量结果不确定度评估难题，研究成果已拓展至平球面超高精度面形检测中，并有望延伸至非球面、自由曲面的高精度检测。