为实现金刚石刀具刀尖圆弧波纹度超精密测量, 构建了基于原子力显微镜(AFM)和精密回转轴系的刀尖圆弧轮廓测量系统, 研究了刀尖圆弧波纹度评价方法和控制测量系统引入误差的策略。提出了评价刀尖圆弧波纹度时截止波长的确定原则和方法, 并介绍了刀尖圆弧波纹度测量原理及评价流程。讨论了精密回转轴系径向回转误差的测量和评定、刀具安装偏心和偏角误差的控制和原子力扫描系统Z向非线性误差的校准方法。最后, 在构建的测量系统上测量了了金刚石刀具刀尖圆弧波纹度并对测量不确定度进行了分析。实验测量显示: 所评价金刚石刀具的刀尖圆弧波纹度为0.106 μm, 测量不确定度为23.8 nm, 表明所构建的测量系统基本满足金刚石刀具刀尖圆弧波纹度纳米级测量及评价的需求, 测量结果稳定可靠、精度高。

基于光栅平行磨削的加工方式,分析磨削参数对轴对称非球面表面粗糙度的影响,揭示轴对称非球面表面粗糙度的分布规律。研究砂轮与工件加工过程的干涉现象,阐述其对轴对称非球面表面波纹度的作用机理并提出影响其分布和大小的主要因素。结合磨削实验表明,垂直磨削方向的表面粗糙度明显比平行磨削方向上的大且数值呈现中部小、边缘大的分布特点。砂轮振动和插补步距分别是平行磨削和垂直磨削方向上表面波纹度产生的主要因素。

基于Zernike多项式拟合的传统干涉绝对检验方法由于平滑了波面和丢失了中频成分, 仅可以实现面形误差的绝对检验。本文提出利用旋转平移法来实现中频波面的干涉绝对检验。将被测波面分解成旋转对称成分和旋转非对称成分, 通过N次旋转被测件, 求解波面中的旋转非对称成分; 通过平移被测件实现伪剪切, 求解波面中的旋转对称成分。与传统绝对检验方法相比, 该方法既能够恢复整个波面, 又不需要对整个波面进行Zernike多项式拟合; 由于仅对旋转对称成分用偶次多项式进行提取, 提升了计算速度, 降低了拟合误差, 保留了中频成分,数值仿真显示其比传统方法优越, 测量精度可达到1 nm rms。在ZYGO干涉仪上完成了平面元件的干涉绝对检验测量。采用改变伪剪切比和更换标准镜两种方案, 分别实现了实验数据的自比对; 将测试结果与经典三面互检法得到的水平和垂直方向的一维轮廓数据进行比对, 验证了旋转平移法的准确性。

由于KDP（KH2PO4）晶体硬度低的特性，在利用单点金刚石切削技术对其进行加工的过程中，所使用的真空吸盘夹具会在其加工表面产生周期性波纹。周期性波纹在强激光非线性效应的作用下，不但会严重影响输出光束的质量，甚至还会破坏光学元件。因此，利用功率谱密度检测KDP晶体的加工表面，分析误差源，并指导加工工艺的改进。最后得出结论：在利用单点金刚石切削技术加工KDP晶体时，应根据不同的加工方式选择不同形状的真空吸槽作为夹具，尽量避免在垂直切削方向上使用真空吸槽吸附晶体，以减小吸槽的吸附力对晶体加工表面的影响。