非球面及自由曲面光学零件能够有效的校正像差、改善成像质量、扩大光学系统的视场,并使光学系统结构大大简化、重量减轻,使得非球面及自由曲面光学零件在军事、医疗、航空航天等行业的需求日益增高。然而由于非球面及光学自由曲面复杂的几何特征和光学特性,导致其设计、加工及评定的难度大大提高,极大程度的限制了其在民用领域的发展。因此开展非球面表面形貌的重构与评价的研究十分必要。在自由曲面加工方面,近年来三维椭圆振动切削由于其摩擦力逆转与间歇性切削的特点,被认为是最有前途的加工方法,有着广阔的应用空间。而关于三维椭圆振动切削加工表面形貌研究方面却鲜有报道,因此本文在测量与重构技术研究基础上,针对三维椭圆振动切削的表面形貌展开了检测与评价研究。首先,本文搭建了在位测量实验平台并完成了测量轨迹的规划。通过在位测量装置实现了椭圆振动切削表面形貌的在位测量,并利用移动最小二乘法对测量的离散数据点进行拟合,得到了拟合后的法向补偿方向,对重构后的表面进行半径误差补偿,得到的面形为光学表面评价奠定了基础。其次,利用小波包分析,通过小波包的分解和重构,得到了表面形貌的高频误差(表面粗糙度)和低频误差(面形误差)。基于小波包分析,并通过对表面粗糙度、PV值、均方根误差等表面评价参数的计算,揭示了椭圆振动切削中振动参数对表面形貌的影响规律,对切削过程中振动参数的选取进行了定量的分析。最后,通过对三维椭圆振动切削参数的研究,选取影响三维椭圆振动切削表面形貌的主要参数进行变量设计,根据三维椭圆振动切削参数的实际切削条件对各变量进行了约束,以最大残留高度为优化目标,建立三维椭圆振动切削参数的优化模型。通过遗传算法对椭圆振动切削参数进行优化,为实际加工提供一定的理论指导。