973项目申报书——2023年CB706700-G光学自由曲面制造的基础研究.docx

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1、工程名称： 光学自由曲面制造的根底争论首席科学家： 起止年限： 依托部门：房丰洲 天津大学2011.1 至 2015.8教育部 天津市科委二、预期目标（1） 总体目标针对国家进展的重大需求对光学自由曲面制造技术的要求，深入争论并解决光学自由曲面制造中的重大关键根底科学问题，提醒自由曲面成型过程中纳观尺度材料迁移理论，把握和争论光学自由曲面高效、纳米级精度加工工艺技术及装备的共性根底问题，进展具有自主学问产权、具有国际先进水平的高精度、可控面形的光学自由曲面加工技术，培育我国光学自由曲面加工领域在国际上具有重要影响的学术带头人和创团队，推动我国制造技术根底理论争论，确立在光学自由曲面制造领域国际

2、竞争中的优势地位，增加光学自由曲面核心关键器件自主创力量，并将光学自由曲面制造理论向更多领域纵深进展，推动我国科技进步。（2） 五年预期目标在理论争论方面：解决光学自由曲面制造中的关键科学问题，为实现高精度、高效率和高牢靠性的光学自由曲面制造技术与装备供给理论根底，跻身于国际制造科学争论领域的前沿。 提醒光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况鼓励下掌握系统与机械构造耦合动态特征对加工精度的扰动规律，建立几何/物理/材料关联约束条件下光学自由曲面的空间机构构型创设计与优化理论； 提醒光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移规律，建立曲面成形过程中跨尺度材料特性演化、表

3、层及近表层材料构造变化等根底理论； 提醒光学自由曲面物理再构过程中加工工具在力、热和化学等多场耦合环境下与加工材料之间相互作用和微观力学行为，建立加工工具的失效形式及其加工性能的演化理论； 提醒多物理场关心下纳米切削行为、离子注入外表改性后的硬脆材料切削规律，建立工具磨损抑制及材料学分析测试理论。在技术应用方面：通过本工程争论，在假设干关键技术上取得源头创成果，提升我国光学自由曲面制造装备及关键应用零部件的制造水平。 设计光学自由曲面离轴三反望远光学系统，并完成系统中自由曲面器件的制造和装配，系统视场角到达 50 60 以上，成像质量接近衍射极限，同时解决子午与弧矢面间放大倍率的不全都问题；

4、实现光学晶体复眼构造器件材料为 ZnS/ZnSe的设计及加工，具体技术指标为：单元尺寸10mm，单元数量40 个，整体尺寸150mm，面形精度 PV10um，外表粗糙度 Ra8nm；实现下一代 IC 装备 SMO 光源系统中核心光学自由曲面非球面微透镜阵列材料为光学玻璃/塑料的 设计及加工，具体技术指标为：透镜口径50 个，面形精度 PV8um，外表粗糙度 Ra10nm； 突破纳米级刃口微刀具创成技术难题，实现纳观材料迁移机理验证，完成圆弧、直线、锯齿、尖角等典型刃口半径在 30nm 以下微刀具； 突破加工工具磨损抑制技术难点，为光学自由曲面加工供给先进工具和加工液，建立多物理场关心切削在线试

5、验装臵和材料学分析测试平台； 突破原位测量系统设计和装配技术难题，建立激光干预接触式探针测量和多功能集成柔性光学式原位测量系统，量程为 150mm，测量区分率达20nm，测量精度 0.3um，实现光学自由曲面的测量、分析和质量掌握； 构建光学自由曲面建模与光学特性评价平台、加工质量综合评估与掌握平台，建立光学自由曲面形成过程的智能仿真与外表质量数字化评价体系，实现零部件的高效制造与性能定量推测。在论文与人才培育方面：本工程争论过程中，拟发表论文 200-240 篇，其中三大检索收录论文占 80%， 申请专利 1020 项；组织高水平的国际会议 23 次；形成具有重要国际影响的光学自由曲面制造技

6、术争论队伍；涌现出一批优秀中青年人才，包括国际前沿学术带头人 12 人；培育博士生、硕士生 50-80 人。三、争论方案光学自由曲面制造的关键技术中提炼出共性科学问题，分别从曲面建构、物理再构和精度改善三方面进展争论。在争论方法上，通过理论与试验的严密结合， 将理论争论、技术开发和应用示范相结合，提醒材料在纳米尺度下相互作用的规律，建立光学自由曲面制造理论根底和关键技术平台，其成果适合应用于其他重大需求领域。曲面建构：分析光学自由曲面的应用要求，借助光学理论将要求指标化，转换为具体的光学性能参数。依据应用范围分为非成像和成像光学器件，结合计算机图形学进展光学性能参数和空间表达映射理论的分析。针

7、对非成像光学器件， 利用非成像光学理论中的光学扩展量守恒定律和边缘光线原理，借助微分几何理论确定光学性能和空间表达的离散型映射模型；针对成像光学系统，建立自由曲面的直接光线追迹模型，综合多目标评价函数进展模型参数的最优化求解。承受NURBS 重构方法建构曲面型映射模型，重点考虑表达方式的全都性、高阶误差评定、空间特征解析等理论，进展空间表达的高精度建构、转型和特征解析。结合以上争论成果和具体应用实例，建立光学自由曲面建模和光学特性评价体系及平台。物理再构：建立几何/物理/材料GPM三元关联约束的多维集成光学自由曲面制造装备构造设计与开发理论，建立光学自由曲面加工精度关于加工装备多体多态动力学行

8、为的反推演模型，争论提高精度稳定性的多态联合补偿策略。基于光学自由曲面空间表达和空间特征解析理论，结合物理再构的运动学机制，实现加工区域划分策略和变行距轨迹及无缝连接轨迹规划，并分析工具干预检验与防干预运动策略。提取耦合动态特征对加工精度的扰动规律，建立基于耦合动态特征的掌握参数与机械构造逆向优化匹配理论，争论掌握参数的优化匹配对加工精度的调控机制。综合以上争论成果及工艺试验结果，建立光学自由曲面智能成型仿真与外表质量数字化评价体系。精度改善：该方面是本工程的争论重点之一，光学自由曲面的精度改善表达在外表质量和面形精度两个方面。在外表质量的改善方面，重点依靠对纳观材料迁移行为和界面作用机理的透

9、彻解析。利用第一性原理和基于密度泛函平面波赝势方法，建立不同材料原子间的相互作用势能函数，进展纳米尺度材料迁移的分子动力学模拟，并通过桥尺度函数与利用连续域的离散单元方法的宏观模型仿真联合，猎取成形过程中的宏观和微观物理信息，建立纳观非均匀变流向材料迁移理论。利用现代摩擦学的理论与方法，进展纳观尺度的工具磨损机理的争论，分析多场耦合环境中加工工具与加工材料相互作用与微观力学行为，提出承受基于固结磨料化学机械磨削原理的光学自由曲面超周密加工方法，利用加工过程中化学和机械复合作用实现高精度高外表质量外表的加工。针对常用的硬脆性材 料，承受多物理场关心与离子注入外表改性技术，进展工具磨损抑制效应分析

10、。利用聚焦离子束进展纳米刃口工具的制备，完全符合模拟过程中的工具尺度，并承受锥面成形途径实现纳观材料迁移行为的分析验证。同时辅以各种显微构造表征手段如原子力显微镜、显微拉曼光谱分析等对材料成形过程中外表 /近外表微观构造的影响规律进展检测和观看。原位测量系统的应用和补偿技术的开发是面形精度提高的重要手段。利用激光干预传感和激光共聚焦传感技术实现原位系统开发，建立测量方法及系统装配的精度模型，提高大量程原位测量系统的精度和稳定性，搭建光学自由曲面质量综合评估与掌握平台，实现面形精度的评价和补偿。以上立体布局使本工程争论方向构成一个整体，各争论方向较强的有机联系，有助于课题间穿插联合和工程持续推动

11、，使争论向纵深进展。四、年度打算争论内容预期目标（1） 争论光学精度下自由曲面面形 1建立自由曲面统一的描述体系重构技术，建立在设计和制造中具有 及高精度误差评定方法；全都性的光学自由曲面空间表达模 2建立光学自由曲面三元关联约型，开展离轴三反光学成像系统的设 束下多维集成，及空间构型理论和优计争论；化理论；（2） 争论 GPM 约束的多维集成方 3提出基于纳米量级去除的以推法，及光学自由曲面形成的空间机构 挤为主因的加工机理及材料表层结第 构型设计及空间优化；构演化机理，建立Ge 材料势能函数，（3） 争论材料内部势函数建立、分 组建聚焦离子束制备高微刀具的多子动力学方法仿真及试验、光学材料

12、 自由度制造平台； 表层晶态演化；4建立化学机械磨削试验台，设（4） 进展化学机械磨削砂轮的组织 计金刚石-黑色金属摩擦化学反响机设计和制造工艺争论，争论脆性材料 理试验装臵、超声振动关心磨抛加工年 超周密加工技术及离子注入外表改试验试验装臵、电磁场加载试验装性技术的理论；臵；（5） 进展气载激光干预传感接触式 5建立气载激光干预传感接触式测量系统设计，系统误差分析及精度 测量试验平台及测量理论；验证；6建立再构轨迹约束的测量轨迹（6） 争论测量掌握点与再构掌握点 规划理论及多区分率测量轨迹规划全都性模型及精度试验，基于曲面特 理论。征的多区分率测量路径规划及试验。争论内容预期目标1初步完成基

13、于自由去面光学元（1） 争论照明系统接收面照度分布 件的大视场离轴三反系统的设计，照及入射点光强与光学外表设计参数明系统多参数约束光学自由曲面设的直接映射规律，多参数约束下照 计方法，建立照明系统光学性能与空明均匀性、照明区域外形、照明光线 间特征映射模型；角度等自由曲面的最优解；2建立光学自由曲面加工精度关（2） 争论 GPM 约束光学自由曲面 于加工装备多体多态动力学行为的加工装备单元部件、结合面及整机多 反推演模型，完成提高精度稳定性的刚体/多柔体静、动、热态行为，及 多态联合补偿机制；多体多态耦合动力学性能参数与加3建立工件材料与工具作用势能第 工精度映射规律与调控机制；函数，实现微刀

14、具构造设计、制备工（3） 争论离散单元法的纳观迁移仿 艺优化；真方法、材料及工具之间势能函数建 4建立超硬光学材料加工外表 /二 立及修正，进展聚焦离子束微刀具设 亚外表完整性以及加工工具性能微计、仿真及工艺争论；观检测和评价体系，确定化学机械磨（4） 争论化学机械磨削中砂轮与工 削中砂轮与工件界面中固相反响及件界面中固相反响主要影响因素、超 金刚石-黑色金属摩擦化学反响的主年 硬光学材料加工外表/亚外表完整性 要影响因素，建立激光诱导改善切削以及加工工具性能微观检测和评价性能试验装臵；方法，进展材料学分析测试；5建立多功能集成化柔性光学测（5） 争论基于激光测量及视觉检测 量试验平台及光学式

15、原位测量的关原理的光学式集成测量系统设计及键根底理论；高精度标定，进展柔性改造及柔性控 6建立基于物理标记点的自由曲制测量试验；面模型粗匹配理论，基于曲面局部特（6） 争论物理标记点综合再构和测 征的自由曲面模型精匹配理论。量路径规划方法及 LM-ICP 精匹配方法，进展加工及测量试验进展精度验证和分析。争论内容预期目标（1） 争论基于自由曲面成像系统光 1建立单单独由曲面或混合光学学性能与空间特征映射根底理论、设 系统的像差、MTF等光学模型，评计方法及像质评价体系，争论面形参 估光学自由曲面光学元件的容差要数对像质评价的扰动效应；求，完成基于自由去面光学元件的大（2） 争论自由曲面区域划分

16、、曲率 视场离轴三反系统的设计；时变性特征及其相关性，争论干预检 2建立以光学自由曲面的逐次迭验与运动掌握策略、变行距轨迹生成 代去除模型，形成光学自由曲面的分与不同区域轨迹的无缝连接方法； 域迭代加工理论体系；（3） 争论多尺度方法复合分析的纳 3建立光学自由曲面成形过程中观仿真方法，非均匀变流向成型中材 材料表层光学特性及力学特性演化料的变形行为，争论纳米尺度的晶格 理论，纳观尺度下光学自由曲面非均第 畸变与缺陷、材料塑性与断裂行为， 匀变流向加工仿真及分析；对于光学自由曲面材料功能特性的 4建立化学机械磨削中砂轮与工影响；件界面中的物理化学行为及其耦合三 4试验争论化学机械磨削中砂轮 作

17、用机理模型，确定金刚石刀具的磨与工件界面中的物理化学行为及其 损及引起工具性能演化的主要影响耦合作用、黑色金属切削中金刚石刀 因素；建立超周密车床离子注入硅片年 具的磨损规律；试验争论低功率超快 单点金刚石切削关键技术；飞秒脉冲激光作用下材料纳观性能 5建立高效被动原位测量根底理演化规律、离子注入硅片切削及相关 论、原位测量系统集成中的系统误差试验分析；模型及补偿理论；（5） 试验争论高效被动测量方法、 6建立海量数据高效分隔及重构争论原位测量系统在原位集成中的 理论方法，提出海量数据的高效无形系统误差溯源、加工外表细节增加及 变缩减方法。特征提取技术；（6） 争论基于海量数据模型主特征线提取

18、的海量数据分隔及重构、分隔数据的无变形缩减建模方法。争论内容预期目标（1） 争论基于自由曲面的照明系统 1建立离轴三反望远光学试验系设计，争论照明系统承受面照度分布 统，建立照明系统承受面照度分布及及入射点方向与光学外表设计参数入射点方向与光学外表设计参数的的直接映射规律，快速有效的建立多 直接映射规律；参数约束的自由曲面的数值表达式； 2建立基于耦合动态特征的掌握（2） 争论光学自由曲面时变工况激 参数与机械构造逆向优化匹配理论， 励下加工精度保证体系、时变工况激 供给时变工况鼓励下掌握系统与机励下掌握系统与机械构造耦合动态械构造耦合对加工精度影响规律；完特征表达方法及对加工精度的扰动成掌握

19、参数的优化匹配以及加工精 规律、基于耦合动态特征的掌握参数 度的调控机制；与机械构造逆向优化匹配；3实现纳观尺度下光学自由曲面（3） 对纳米去除材料的外表/亚外表 非均匀变流向加工仿真及分析，建立裂纹进展检测分析，争论探究加工区 光学自由曲面成形过程中材料表层第 域的温度场分布及其对加工外表质特性特性演化机理，提醒沿不同晶向量的影响规律，分析微纳尺度内裂纹 的裂纹形式、分布规律和扩展机制核扩展的临界应变能与临界加工量等；建立掌握纳米尺度裂纹扩展的临四 的映射关系；界条件；（4） 试验争论化学机械磨削砂轮的 4建立黑色金属切削中金刚石刀磨损特性及其对加工的影响，争论超 具磨损量推测模型，提出抑制

20、刀具磨年 声振动关心磨抛加工机理、纳观成型 损的措施；建立超声振动关心磨抛加中多物理场加载抑制单晶金刚石刀工机理、外加物理场抑制刀具磨损的具磨损的机理模型，进展离子注入材 机理、离子注入外表改性完整理论模料的纳米切削分子动力学仿真； 型；（5） 争论测量系统与加工装备的坐 5建立原位测量系统高效可控的标全都性策略、原位测量系统在加工 装配定位理论和调控方法、高效、无装配中的 PMAC 数控与反响策略； 干预的原位测量系统数控理论，实现（6） 争论自由曲面测量数据的高效 原位测量系统在加工装备中的高精稳健滤波算法、争论自由曲面外表质 度定位和高效数控与反响。量数据与面形数据的分别及解析方6建立光

21、学自由曲面测量数据面法，确立测量数据的面形误差分布规 形误差高效分别理论方法、建立光学律，进展实际的再构及补偿试验研自由曲面补偿再构的轨迹再规划方究。法，完成光学自由曲面面形质量掌握再构。争论内容预期目标（1） 基于自由曲面的成像系统光学 1完成自由曲面为微透镜阵列的设计方法及其像质评价体系的争论； 设计方法、像质评价等的争论，搭建（2） 争论光学自由曲面分域迭代去 光学自由曲面形成过程的数字化仿除模型的数字化模型及加工装备多 真平台；体多态动力学模型建立方法，时变工 2构建光学自由曲面加工外表质况鼓励下掌握系统与机械机构耦合 量数字化评价体系，供给全程智能工动态特征对加工精度影响规律的数 艺

22、规划与加工过程全景仿真软件，光字化描述；学自由曲面虚拟评价模型及数字化（3） 探究的微纳观表层晶相在线 仿真平台；检测方法，承受纳米级刃口半径的金 3实现纳米尺度材料迁移过程中刚石微刀具，建立连续变深材料迁移 表层微观构造在线实时表征，建立系第 试验验证方法；统完善的纳观材料迁移试验验证系（4） 进展典型光学材料的化学机械 统，形成光学自由曲面成形过程中的磨削、磨抛工具设计和超声振动关心 被加工材料纳观物化行为规律；五 磨抛、黑色金属光学元件模具材料 4提出典型光学材料的化学机械的切削工艺试验；争论适用于超周密 磨削的工艺过程掌握方法和工艺规车床的在线物理场加载设备，注入后 范，研制超声振动关

23、心磨抛工具，提年 材料对光学性能的影响和抑制效应；出合理的磨抛工艺参数范围，完成在（5） 争论光学自由曲面模拟加工仿 线物理场加载设备的研制，实现离子真模型，针对典型光学自由曲面器注入单晶脆性材料的自由曲面设计件，建立其光学特性参数和几何误 及加工。差量之间的影响模型。5建立基于自由曲面几何外形和（6） 争论海量测量数据建模的数字 功能特性参数的加工质量综合评价化实现方法，测量模型和设计模型的 体系。高精度映射模型；6建立完善的光学自由曲面制造3争论基于自由曲面几何面形和 完整性综合评估与掌握平台。光学特性参数的加工质量综合评价方法。一、争论内容光学自由曲面制造已成为提升国家经济进展的重要支撑

24、技术，结合国家进展的重大需求和光学自由曲面制造的进展趋势，本工程以光学自由曲面空间构建与物理再构理论、再构过程的多态量耦合影响机制、纳米尺度多物理场材料成形机理、面形原位测量评价及面形可控工艺等关键共性技术为突破口，本工程围绕以下三个重要科学问题开放争论：1. 光学自由曲面性能要求与空间表达的映射规律及物理再构光学自由曲面给光学设计人员供给了很大的设计自由度，随着现代光学、生物医学、能源、通讯及微电子等领域应用需求的不断提高，一代构造简单的光学自由曲面也被纷纷提出。设计的简单性和随便性使其异于已有的传统光学器 件，传统空间表达方式已很难胜任型光学自由曲面描述。这种面形的简单性和高精度要求也给制

25、造过程带来了众多工艺难点，同时，带来了至今仍无完善理论来系统解释的现象，对先进制造领域提出了极大的挑战。需要将机械学与数学、物理学、化学、计算机图形学、材料学等领域学问有机地结合起来，探究光学自由曲面制造中的性能要求和空间表达规律，提出适应于应用需求变化的空间变化方法，创立物理场复合作用机理以及物理再构的原理和工艺。主要争论内容： 光学自由曲面形态学演化与空间表达方法光学自由曲面的空间表达是制造过程中首要明确的根底问题。自由曲面的外形任意性为空间表达的争论带来了众多难题，如自由曲面很难承受准确统一的空间表达策略进展牢靠描述，仍无系统完善的自由曲面光学优化设计方法，光学像质评价及公差分析过程涉及

26、到大量多目标约束等。重点争论和解决以上关键根底问题，为光学自由曲面物理再构和测量评价补偿等供给有力支撑，主要的争论内容包括： 光学自由曲面空间表达全都性模型及空间特征解析； 光学自由曲面空间全都性模型重构高阶误差评定与躲避策略； 照明系统多参数约束光学自由曲面高效数值解构及统筹优化； 成像系统光学性能与空间特征映射根底理论及像质评价体系； 光学自由曲面建模与光学特性评价平台。 光学自由曲面成形过程的物理解析及再构策略随着光学自由曲面的精度、效率越来越高，高速、高加速度和变加速度成为加工装备动态行为的主要表现形式，装备的力学特性、热学特性、以及力、热耦合特性对加工质量和效率产生显著影响。为最大限

27、度提高自由曲面的面形精度、外表粗糙度等性能指标，争论光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律、时变工况鼓励下掌握系统与机械构造耦合动态特征对加工精度的扰动规律，供给提高精度稳定性的多态联合补偿策略和掌握参数与机械构造的优化匹配对加工精度的调控机制。主要争论内容包括： 几何/物理/材料GPM三元关联约束下光学自由曲面成形的空间构型理论； GPM 约束下光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性模型； 光学自由曲面分域迭代加工理论与无缝变距轨迹规划； 时变工况鼓励下掌握系统与机械机构耦合动态特征表达、对加工精度的扰动规律与调控机制； 光学自由曲面形成过程的智能仿真与外表

28、质量数字化评价体系。2. 光学自由曲面多场作用成形的材料迁移纳观物化行为与机制由于光学自由曲面加工过程的高速瞬态过程不宜表征和纳米尺度试验验证困难，被加工材料的原子级迁移行为尚不明确，成形过程中的界面作用机理也不完善，总之在世界范围内还没有形成以纳米精度为特征的光学自由曲面制造成熟理论。需要争论的核心科学问题是光学自由曲面成形过程中被加工材料的外表物化行为、介观形变及微观场效应、界面构造性能演化、工件外表及切削介观尺度机械材料特性、工具磨损机理及其与加工材料之间的微观力学特性等。主要争论内容： 光学自由曲面成形过程中的被加工材料纳观物化行为光学自由曲面成形过程中材料迁移变化在纳米量级，由于曲面

29、空间简单度引入了非均匀及变流向材料迁移特性，产生了异于精亲热削的纳观物理和化学行 为。需要借助微观力学、介观模拟等手段深入分析材料的变形行为、断裂机制、材料运动学、被加工材料外表及近外表特征等纳米加工外表成形的根底理论问 题，并通过表征方法和工具制备实现理论分析验证，实现该过程中被加工材料纳观物化行为的深入剖析，全面把握光学自由曲面被加工材料的纳观迁移规律。主要争论内容包括： 光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移理论； 光学自由曲面成形过程中材料表层及近表层构造和特性演化机理； 纳米尺度材料迁移的跨尺度效应及动力学分析； 纳米级刃口微刀具设计与创成理论； 纳观材料迁移机理验证明验设计与理论表征

30、。 光学自由曲面成形过程中的界面作用机理及外场介入调控纳米加工过程中，由于加工工具与被加工对象之间的接触面乐观小，工具承受着很大的切削力和很高的切削温度，同时还与切屑和加工外表产生猛烈摩擦， 造成工具磨损失效。工具切屑界面处的高温顺摩擦会加剧集中作用进而转变刀具外表的原始组织和性能，加剧了磨损速率。为增加工具加工尤其是在硬脆材料加工时性能和寿命，需深入争论纳米尺度加工中工具磨损机理、工具与加工材料之间的微观力学行为、工具寿命增加机制等关键根底问题。主要争论内容包括： 加工工具和加工液与被加工材料之间的相互作用机理； 加工工具与加工液的失效形式及性能演化规律； 加工工具与加工液设计、制备及其性能

31、优化； 多物理场关心下纳米迁移行为与工具磨损抑制效应； 离子注入外表改性硬脆材料迁移理论及材料学分析。3. 光学自由曲面制造完整性变异规律与掌握途径区分于传统制造对于完整性的生疏，光学自由曲面制造重点面对于应用需 求，因此，完整性表达于外表质量和使用性能两个方面。外表质量包括面形精度和面层质量粗糙度、波浪度等两层涵义，而使用性能与外表质量存在有机的联系。物理再构过程中的装备部件的动力学行为、被加工材料迁移行为、制造工具磨损行为等都直接影响曲面完整性的变异行为，需要借助周密测量技术进展有限循环调整实现外表质量的可控成形，进而实现应用质量的可控性。为争论循环调整过程中的完整性变异和掌握规律，需重点

32、解决测量系统设计开发、测量系统误差溯源、完整性评价方法、完整性变异掌握策略等根底理论问题，以提高光学自由曲面外表质量。主要争论内容： 光学自由曲面制造完整性的测量系统与评价方法光学自由曲面制造完整性测量重点在于外表质量的测量，使用性能可以借助与外表质量之间的内在联系进展间接评价。随着加工技术向纳米级精度进展，测量技术也在向着更高精度方向进展，以适应其对测量精度的要求，就要求更深一步地探究测量方法和系统的误差源。原位测量系统集成于加工装备的线性或旋转轴系，通过特定测量轨迹实现大曲率变化自由曲面的大范围测量。为了保证制造过程的完整原位化，需进一步实现面形精度和面层质量多功能集成化测量，且需在提高装

33、配精度、对准精度及掌握精度等方面深入开放争论。主要争论内容包括： 光学自由曲面使用性能与外表质量映射规律和综合评价体系； 气载激光干预传感接触式测头的测量误差溯源及原位系统争论； 多功能集成化柔性光学测头设计及原位测量关键根底理论； 多几何量大量程原位测量快速猎取与高精度高稳定性系统设计理论； 加工装备中的原位测量系统装配定位及数控与反响策略。 光学自由曲面制造完整性的变异掌握与实现光学自由曲面制造完整性参数需借助原位测量系统进展被测量猎取，然后进展设计曲面和测量数据的精准比对，最终得以解析实现。准确猎取光学自由曲面制造完整性参数实现循环调整过程中进展变异掌握的重要前提。由于自由曲面外形的任意性和几何形态的简单性，国际上还没有通用的外表质量参数提取与分别标准方法，成为影响光学自由曲面制造完整性实现的重要因素。本课题重点进展自由曲面面形测量、外表质量参数解析和分析等关键根底争论，为循环调整过程供给精准的变异量分布规律，通过完整性的变异掌握及调整策略规划实现完整性准确掌握。主要争论内容包括： 基于曲面特征解析与再构轨迹约束的多区分率测量轨迹规划； 基于主特征线的数据分隔与无变形缩减相结合的海量测量数据建模； 物理粗匹配与算法精匹配相结合的快速高精度模型匹配技术； 高效稳健数据滤波、误差余量安排模型及补偿轨迹再规划策略； 光学自由曲面制造完整性综合评估与掌握平台。