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为实现对磨削加工阶段大口径非球面光学元件的精密测量，提出一种基于坐标测量的多段拼接综合优化数据处理模型。基于多体系统理论、最小二乘原理建立两段面形轮廓拼接数学模型；提出基于曲率原理和非球面方程最小二乘拟合的冗余数据剔除数学模型；建立多段拼接的综合优化处理模型；利用Taylor Hobson轮廓仪对口径为176 mm的非轴对称非球面光学元件的3条母线进行分段测量试验并通过文中提出的数学模型进行数据拼接处理，试验结果表明，拼接测量结果与单次测量结果相比，误差最大值的平均值为0.25μm，最小值的平均值为–0.