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本文的主要作者包括 Pramod Panchal、Sanjeev K. Jha、Alikhan Basheer、Vineeth Valsan、Prasanna Gajanan Deshmukh 和 S. Sriram。他们分别来自 India TMT Optical Fabrication Facility, Indian Institute of Astrophysics (印度天文物理研究所) 和 Christ University 的物理学系，研究所在地位于印度班加罗尔，卡纳塔克邦。本文发表于 Proc. SPIE Vol. 13100，题为《Advances in Optical and Mechanical Technologies for Telescopes and Instrumentation VI》。
本文研究领域为天文光学，特别聚焦于“Thirty Meter Telescope (TMT)”项目的镜面制造与检测技术。TMT将成为最大的地基光学望远镜之一，其主镜由492块六边形非球面镜组成。这些镜片其实是通过切割并对称制抛光玻璃圆片（glass roundel）而成。
为满足极高的表面精度要求，镜面的加工采用了“Stressed Mirror Polishing（SMP，受力镜面抛光）”技术。该技术利用球形抛光工具在施加应力的条件下将球状玻璃坯料打磨成所需的非球面形状，从而减少后续离子束加工的材料去除量。这种抛光方法需借助不同的计量工具不断测量镜片表面质量，并进行多次迭代优化，其中关键设备即为“2D-Profilometer（2D轮廓测量仪，简称2DP）”。
然而，在测量过程中温度波动会引发测量仪CFRP（碳纤维增强聚合物）面板的形变，从而增加测量的“功率误差”。本研究旨在分析这种温度敏感性对2DP测量精度的影响。
研究目标包括： 1. 研究CFRP面板顶部与底部温差对2DP测量性能（功率误差）的影响。 2. 确定温差变化阈值以确保测量精度。
本研究的实验设计与工作流程包括以下几个主要步骤：
2DP是TMT主镜分段抛光过程中的一种原位计量工具，用于低频表面误差的测量。其主要组成包括： - CFRP面板：直径1.6米，厚度75毫米，安装有61个高精度探针排列成螺旋图案。 - 运动装置：包括一个钢质框架、动力化升降及旋转轴，可实现探针面板的多角度测量。 - 数据采集系统：带有热传感器及三台摄像机，用于记录探针在玻璃圆片上的坐标。 - 面板表面探针精度达5纳米RMS，表面轮廓误差精度为50纳米PV，10纳米RMS，远高于TMT规定的要求（1.5微米峰—谷值，300纳米RMS）。
2DP在抛光机上的玻璃圆片与参考球体之间反复移动，并在六个不同角度记录366个数据点（61探针 × 6位置）。其过程包括： 1. 初始化：捕获参考球体上的初始数据以确定零值。 2. 玻璃圆片测量：面板探针与圆片表面接触，传感器记录探针高度差。 3. 校正与计算：将结果与参考球体数据对比，输出表面轮廓数据，并转化为Zernike系数（z1到z28的低阶项）。
实验表明，玻璃圆片测量过程中，由于仪器移动和环境波动，CFRP面板顶部和底部的温差约为0.1°C。在单次测量过程中，温度传感器记录的数据（图4与图5）显示： - 上方传感器温度小幅波动在约23.4°C至23.7°C范围。 - 热梯度（顶部与底部的温差）与时间呈微小线性变化。
实验结果（图6）表明，功率误差与热梯度之间呈线性关系。功率误差约为80纳米RMS，当顶部与底部板温差变化满足约0.1°C时。此外： - 回归分析公式为 y = 600.92x + 25.22，R² = 0.8043，显示较高相关性。 - 结果说明，为保证测量精确性，CFRP面板温差应控制在±0.1°C以内。
通过对SN005P和SN003P两片玻璃圆片的抛光与测量重复性实验： - 均满足设计精度，表面误差低于300纳米RMS目标。
本文研究了温差变化对2DP测量结果的影响，得出以下结论： 1. 温差变化引起的CFRP面板翘曲是功率误差的主要来源； 2. 维持面板顶部与底部温差在±0.1°C以内，可显著减少由温度变化引发的功率误差； 3. 本研究为设计高精度2DP设备的热控制系统提供了关键参数，并为未来大口径天文望远镜主镜加工中的计量过程提供了参考。
该研究为未来大口径地基望远镜的主镜加工提供了计量优化的理论基础。特别是在应对复杂热条件下的精密光学器件形变测量技术上，其经验具有重要参考价值，不仅有助于提升TMT镜片加工精度，还能为其他光学制造领域提供帮助。