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随着非球面元件的广泛应用和非球面加工技术的发展,现代工业对非球面元件的面形参数检测提出了更高的要求。本文是在线阵光电敏感器件PSD(Position Sensitive Device)的测量平台基础上利用面阵PSD进行三维非球面测量,以PSD做为传感器件,光栅尺做为精密测量工具,设计自动对焦非球面测量系统;进行了自动对焦镜头的设计,PSD信号处理电路及数据采集的设计,光栅尺信号采集的设计,自动对焦控制软件的设计及相关误差分析;实现了对焦镜头在自动对焦过程中的非球面测量;达到非球面元件的非接触精密测量的要求。本文包含以下内容:(1)介绍了当前主要的非球面检测方法,自动对焦技术的发展及应用,非接触测量光电器件的发展。(2)详细说明面阵PSD自动对焦非球面测量系统的原理,自动对焦光路的设计及各器件的选择、自动对焦的方法的优化。(3)设计了PSD信号处理及采集电路,光栅辨向计数电路及各模块与PC的通讯设计。(4)阐述了测量系统中各个模块的组成及特性。(5)设计了自动对焦测量系统的两个下位机程序及上位机PC控制软件。(6)本系统的实验结论及自动对焦精密测量系统的前景。本文重点在于面阵PSD对焦光路的设计和自动对焦方法的选择上。经过实验证明利用PSD做为传感器,采用自动对焦系统进行精密测量是完全可行的。本文所论述的自动对焦非球面测量系统的优点在于:(1) PSD做为光电探测器,提高了非接触测量的采样速度,降低了成本。(2)将自动对焦应用于精密测量,引入光栅尺可达到较高的测量精度,提高了可靠性。(3)数据采集方便,采用串口通讯将PSD采集的数据和光栅尺计数测量结果实时上传至PC显示,便于监控和扩展功能。