采用自行研制的基于单根光纤耦合双频激光的6自由度(6DOF)误差同时测量系统测量了加工中心双轴直线度误差, 通过对两轴直线度误差的线性拟合, 得到两拟合轴的夹角, 间接实现两轴的垂直度测量。利用光线矢量追迹方法建立相应的误差模型, 分析了垂直度测量过程中五角棱镜的安装定位偏差以及加工误差对垂直度测量的影响。实验结果表明, 本测量系统具有很好的准确性, 与商用测量仪对比发现, 两者测量偏差在1″以内。

利用矩阵光学方法, 计算得出五角棱镜两种光学平行差的解析表达式, 分析五角棱镜光学平行差与工作面法向矢量夹角的矩阵关系.基于Agilent激光干涉仪角度测量系统和DHC三维转台搭建实验装置, 测量了Thorlabs五角棱镜的两种光学平行差.实验和解析式计算结果偏离度不超过4%.五角棱镜滚动角、偏摆角的变化等效于五角棱镜光学平行差的变化.通过坐标系变换, 五角棱镜的自身误差和系统在线测量误差可以被同时标定.该研究对五角棱镜的实际加工、测量系统标定, 以及高准确度面形检测提供了参考.

设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描系统，其空间分辨率为10 lp/mm。针对常用扫描机构的不足，用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂取代传统的Fθ镜头，利用成像板的柔韧性实现圆弧形进片，扫描臂同时作为接收器收集激发出的荧光，从而简化系统结构，提高系统性能。利用所设计的光学系统，分析了激光光点大小对分辨率的影响，结果显示光点越小，系统分辨率越高。分析了系统中影响激光光点大小的因素，在高转速条件下对扫描臂进行了有限元仿真，计算了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时，对激光光点大小的影响。结果显示光点直径最大相对变化量为0.07%，表明所设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性和实用性。通过实验验证了所研制扫描仪的性能，结果表明图像具有良好的视觉效果，能够满足工业检测要求。

由于五角棱镜两B棱的投影夹角对第二光学平行差影响倍率较大且加工过程中无法测量该夹角，从而导致棱镜加工合格率较低。通过分析侧面垂直度误差及Δ45°对五角棱镜光学平行差的影响，提出一种新的五角棱镜加工工艺方法：利用最后一个加工面对前3个已加工面存在的角度误差进行一次性补偿，从而降低了对各加工面的加工误差要求。实践证明：该方法能够有效地提高五角棱镜加工的合格率和生产效率，减小加工难度，并能显著降低对加工和检测设备的精度要求。

针对X 射线工业检测,设计了一种适合于计算机X 射线扫描仪的新型激光扫描系统。用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂以取代Fθ 镜头,利用影像板的柔性成圆弧形进片。同时扫描臂又用做接收器件来收集激发出的荧光,使系统性能提高,结构简单。根据进片方案,确定了扫描仪的系统控制方法,给出了控制过程时序图。计算了当五角棱镜存在安置误差时,对系统分辨率的影响,表明了设计的激光扫描系统具有一定的容差性和实用性。用实验验证了所设计制造的扫描仪的性能,结果显示图像具有良好的视觉效果,能够满足工业检测要求。

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手，推导出确定入射光线和棱镜调整的表达式；利用棱镜转动定理建立了五角棱镜的光输出平面波前与其角度制造误差和导轨引起的运动误差之间的关系；并用计算机模拟试验分析了五角棱镜的角度制造误差和导轨引起的运动误差产生的扫描光束转向的波前误差。指出此研究结果有利于五角棱镜的加工和棱镜调整，还有利于大口径望远系统波前检测过程中扫描光束转向的波前误差的修正。

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手,建立起五角棱镜的光输出平面波前与运动误差和角度制造误差产生的扫描激光束转向的波前改变量之间的关系.采用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,即可计算出扫描激光束转向的波前误差,以便在大型望远系统波前测量时对此误差加以修正.

对传统S-H波前检测方法进行了改进的基础上,设计了一套适应于大型望远系统的波前检测方案.利用五角棱镜光束转向系统形成大型望远系统各子孔径准参考光束,实现依次扫描各子孔径;并用改进的S-H波前传感器实现依次探测各子孔径的波前.理论分析证明了由五角棱镜的制造误差和运动误差引起的波前倾斜误差在微变情况下,可通过波前修正方法予以修正,可有效地再现出望远系统自身波前误差.该方案可适用于大口径望远系统的波前检测.

从光学平行差入手,导出了有角度制造误差的五角棱镜的像方坐标系和作用矩阵,分析了角度制造误差引起的扫描激光束转向的波前误差,提出了调整五角棱镜的依据,有利于减小角度制造误差对大口径透镜望远镜波前测量的影响.

从棱镜调整理论出发,推导出准直光路中棱镜作用矩阵的变换公式.根据五角棱镜的原理和特性,讨论位于方位对准光路中的五角棱镜安置误差对对准精度的影响,并给出这一影响的精确表达式.