非球面,即与球面有偏离的表面。相比于球面镜,非球面镜的曲率半径不唯一、曲面形貌设计更加灵活,具有更多的光学优势。非球面光学元件对于改善光学系统成像素质、校正像差、减轻重量、提高光学特性、简化结构、提高系统分辨率等具有重要意义。随着光学器件加工技术的不断进步,制造大口径、高精度的非球面已经成为现实。非球面越来越广泛应用于航天、航空、船舶、照相、医学等各个领域。正所谓,存在源于测量。因此,与非球面加工制造技术相适应的检测方法和设备,对于非球面的应用至关重要。高精度、通用性检测仪器的不足制约着非球面的设计、制造和应用。对于小口径、小非球面度曲面,干涉式测量可以达到理想的检测精度和效率,而对于大口径非球面,干涉式测量将难以实现;接触式测量可以实现高精度、大口径测量,但是会对镜片表面形成划伤。因此,大口径非球面检测方法的研究对提高我国的观测、遥感和预警水平有十分现实的意义。本课题针对角度扫描法的大口径非球面高精度测量系统进行了精度设计与分配,完成测量系统的标定与补偿。最后,对于口径50mm,顶点曲率半径400mm的反射式抛物面镜进行了实验验证,三维面形测量RMS精度可以达到λ/6(波长,632.8nm)。与该测量系统的理论分析精度水平一致。主要进行了以下几方面工作:1.首先分析了系统各模块对于二维曲线、三维曲面测量影响较大的敏感因素,并做出了测量误差传递模型。据此,针对该测量系统的组成结构以及测量方式流程,对各个模块进行了精度设计与分配。2.为了实现大口径非球面的高精度测量,首先需要保证系统主要模块精度达到一定水平。因此,针对扫描运动模块(直线导轨和余弦转台)、角度测量模块(自准直仪)分别进行了标定与补偿。3.理论分析必须要通过实验验证,最后对于待测非球面进行了实验测量,在获得原始测量数据后,提出了将所有二维测量曲线统一在空间柱坐标系的后处理思想,再使用MATLAB强大的Curve Fitting工具箱完成大量空间点云的拟合运算。4.通过MATLAB与C++语言结合编写了数据采集程序,另外,利用MFC设计了软件操作交互界面。理论分析仿真计算及对实际非球面进行的实验结果证明了误差分析与传递、精度设计、标定设计以及数据处理的可行性和准确性。