轴对称非球面平行磨削Y轴向对刀误差补偿

在光学系统中应用非球面光学元件能够提高光学系统设计灵活性,改善光学系统成像质量,缩小光学系统尺寸,在整体上减轻系统质量。本文通过系统分析轴对称非球面元件精密磨削工艺过程中的轴向对刀误差等加工误差因素,建立轴向对刀误差校正方法,并将其运用到轴对称非球面精密磨削与抛光加工过程中。由实验可知：通过误差补偿,加工时间节省60%以上,Φ80mm口径非球面抛光后的面形精度PV值为0.62μm（0.982λ）,RMS值达到0.093μm（0.147λ）,满足非球面面形精度要求。实验结果验证了理论分析与误差补偿方法的正确性,实现了轴对称非球面光学元件的快速精密加工。     

数控气囊式抛光结构设计与非球面加工工艺技术研究

非球面光学元件由于具有改善系统成像质量、提高光学性能等特点被广泛的应用于各类光电产品中,因此如何抛光加工出高精度非球面元件成为国内外学者面临的难题.对数控气囊抛光方法抛光非球面元件的工艺进行研究,分析气囊抛光的加工原理,设计气囊式抛光头的结构,并对材料去除函数进行分析.在实验过程中使用硅胶气囊与橡胶气囊对非球面元件进行抛光对比,采用轮廓仪测量非球面面型,并使用高倍放大镜检测表面质量.结果表明,利用数控气囊抛光方法可以加工出光滑的非球面表面,粗糙度为0.9nm,该方法是抛光高精密非球面光学元件的有效方法,且数控气囊抛光工艺具有可扩展性.     

基于空间频率评价磁流变抛光非球面中频误差

基于空间频率的概念,提出磁流变抛光非球面表面波像差的相移评价算法,根据位相与表面高度差之间的关系,计算出元件表面上各点的实际高度差.通过规划表面残余误差与抛光工艺参数之间的关系,确定能够有效消除表面残余误差的磁流变抛光工艺规范,制造成功在20 mm通光口径内面形精度达到20 nmRMS(均方根值)的非球面曲面.该方法克服了传统评价方法的局限性,为深入开展纳米精度磁流变抛光技术提供有力的技术储备.     

复曲面镜抛光工艺技术研究

针对Rx为250.7mm,Ry为165.7mm的复曲面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究,给出了批量生产的加工工艺流程,实现了复曲面元件的快速、确定性抛光。通过对复曲面加工的研究,在抛光中对其面型误差进行反馈补偿。最终加工的面型精度小于0.158μm （λ/4）,半径公差控制在±0.5mm以内,满足了光学系统中对复曲面元件的要求,并且在保证有较高面型精度和较好表面光洁度的同时,解决了复曲面镜的边缘效应和中心厚度难以控制等加工技术问题。     

高精度小口径非球面加工工艺研究

光学非球面镜是在通常的球面镜上增加了高次曲率,具有球面镜无法比拟的诸多优点,它的应用使光学系统具有更高的分辨率和成像质量。因此,无论在军用和民用方面都得到了广泛的应用。本文是以Φ6mm的石英玻璃透镜为研究对象,目的是研发一种针对高精度小口径非球面的加工工艺。本文以Preston理论作为基础,将数控光学表面成型技术(CCOS)和传统加工技术结合,对透镜进行数控磨削、抛光、和手工修抛等工序,并对加工过程中的各种误差进行分析并予以修正使面型精度达到0.28μm,表面光洁度达到国际III级。此种加工工艺具有加工效率高、重复性好等优点。     

硫化锌晶体加工工艺技术研究

随着军用光学仪器飞速发展,红外光学材料硫化锌（ZnS）广泛应用于红外光学系统中,以Φ35mm的硫化锌晶体为例,对硫化锌晶体加工研磨的工艺过程进行了研究,探讨了硫化锌晶体的抛光技术。通过使用不同的抛光粉及抛光模层材料,找到了使用数控抛光加工硫化锌晶体的最佳工艺匹配条件,解决了硫化锌晶体表面光洁度难以控制的加工技术难题。经过轮廓检测仪和Zygo干涉仪检测,硫化锌晶体表面光洁度达到III级以上,非球面面型精度能够达到0.2μm,中心偏差小于1μm,各项参数均满足红外光学系统的要求。     

光学非球面柔性抛光表面粗糙度的研究

为了研究FRP-1型非球面柔性抛光机加工非球面零件的可行性,利用FRP-1型非球面柔性抛光机对非球面光学零件进行抛光实验.采用单因素工艺研究法对抛光机的工件轴转速、非球面工件的口径和其最接近圆曲率半径等工艺参数对表面粗糙度的影响进行了分析.实验表明提高工件轴转速可提高抛光效率,且抛光小口径大曲率工件的效率要优于大口径小曲率的工件.在上述研究基础上对K9玻璃材料的非球面工件进行抛光实验,60 min后工件的表面粗糙度由最初的Ra150 nm收敛到Ra8.55 nm.利用FRP-1型非球面柔性抛光机对非球面光学零件进行抛光效果良好能够满足非球面光学零件的加工精度的要求.     

非球面制造中的加工误差修正补偿

非球面镜在军用和民用光学制造领域中得到了广泛的应用,加工误差一直是研究的热点。为了解决在光学加工容易出现加工误差这一难题,对非球面镜的加工方法进行了深入的研究。通过采用CNC数控铣磨机进行光学非球面加工,分析砂轮转速、工件转速、进给量和冷却液等因素对加工误差的影响规律,研究出合理的误差修正补偿方法——砂轮直径补偿法和沥青抛光模修正法,并对该补偿方法进行了实验。经实验,PV值为0.245μm,表面粗糙度值为0.0160μm。结果证明此方法能有效的减小加工误差带来的影响,从而得到较理想的面型。     

基于硫系玻璃非球面抛光工艺研究

硫系玻璃非球面透镜具有优异的红外光学性能,分析了硫系玻璃材料的光学和热力学特性,针对硫系玻璃质软,热膨胀系数大,依据自适应迭代驻留时间算法理论,采用数控气囊式抛光对?50mm硫系玻璃非球面透镜进行抛光。通过正交试验确定了透镜在抛光过程中的气囊抛光头旋转速度、气囊充气压力值、氧化铈抛光液浓度等工艺参数,再使用带有聚氨酯抛光垫的气囊对透镜进行多次抛光,并检测其面形图。最后通过分析对比实验,在实验基础上改用金刚石微粉作为抛光液,对透镜进行最后阶段的面形修正抛光,其表面粗糙度Ra值为9.28nm,PV值为0.6097μm,表面疵病B为Ⅲ级。     

红外光学元件的补偿加工技术研究

为了实现红外材料光学元件的高精度制造,文中研究了单点金刚石车削加工(SPDT)技术,并针对面形检测中存在的面形误差较大的问题,提出了采用补偿加工技术,以面形检测数据为基础,反馈修正车削加工程序,再次对红外材料光学元件进行修正加工,有效地提高了其面形精度。实验结果表明:对于某口径为30mm的ZnSe材料二次非球面元件,采用补偿加工技术后,其面形精度从PV=252.4nm和RMS=67.28nm提升到PV=58.3nm和RMS=10.62nm;对于某口径为40mm的Ge材料高次非球面元件,面形精度从PV=181.0nm和RMS=44.0nm提升到PV=60.0nm和RMS=7.35nm;这充分说明了该技术的可靠性,该技术能够有效地提高红外材料光学元件的制造精度。     

光学非球面最佳参考圆的确定及其应用

应用干涉法测非球面,必须测量参考球面的曲率半径才能得到非球面的面形,因此需要精密的测长机构.本文介绍一种在一维测量时,用数学方法确定非球面最佳参考圆的参数,进而由干涉图求得非球面面形或面形误差的新方法,从而可省去测长机构.所提出的微扰动阻尼牛顿迭代法求非线性最小二乘解,经实践证明,有很好的迭代效果.     

非球面件数控研抛力、研抛工具位置和姿态解耦技术

为解决非球面自动研抛系统中普遍存在的研抛力-研抛工具的位置-研抛工具的姿态(以下简称力-位-姿)相互耦合问题,提出一种基于磁流变力矩伺服装置(MRT)的非球面数控研抛力-位-姿解耦技术。基于Hertz接触理论和摩擦学原理,分析研抛过程中的力-位-姿耦合机理,建立了耦合模型。阐述基于MRT的数控研抛力-位-姿解耦原理,开发相应的实验研究系统,建立系统研抛力模型。规划了研抛工具的路径。试验得到0.025μm粗糙度的镜面表面。试验表明该技术能独立、主动、实时地控制研抛过程中的研抛力、研抛工具的位置和姿态。     

Robustness and precision evaluation of the form error of micro-structured surfaces using real coded genetic algorithm

To obtain the form error of micro-structured surfaces robustly and accurately, a form error evaluation method was developed based on the real coded genetic algorithm (RCGA). The method employed the average squared distance as the matching criterion. The point to surface distance was achieved by use of iterative method and the modeling of RCGA for the surface matching was also presented in detail. Parameter selection for RCGA including the crossover rate and population size was discussed. Evaluation results of series simulated surfaces without form error show that this method can achieve the accuracy of root mean square deviation (Sq)less than 1 nm and surface profile error (St)less than 4 nm. Evaluation of the surfaces with different simulated errors illustrates that the proposed method can also robustly obtain the form error with nano-meter precision. The evaluation of actual measured surfaces further indicates that the proposed method is capable of precisely evaluating micro-structured surfaces.     

单晶硅柱面反射镜的加工与检测

为了实现大尺寸柱面镜的高精度加工,解决这一领域面临的难题,对单晶硅柱面反射镜的加工和检测方法进行了深入的研究。本文采用古典工艺和现代工艺相结合的方法进行加工。首先,介绍了单晶硅柱面反射镜的加工过程,包括粗磨、细磨、抛光。然后,在此基础上,对抛光盘的制作和抛光液的选择进行了详细的阐述。最后,使用轮廓仪和干涉仪进行面形检验,对面形误差进行了分析。实验结果表明,尺寸为300×150×50mm,半径为4000mm的平凹柱面镜,加工后实际半径为4028mm,面形误差P-V值为0.15μm,光洁度为Ⅲ级。各项数据均达到了图纸的精度,满足了光学元件的使用要求。     

非球面Ronchi检测的误差分析

为了较高精度地检测大型非球面面形,需要分析检测装置对测量误差产生的影响。基于Ronch i检测法,将正弦光栅代替Ronch i光栅应用在非球面反射镜的检测上,采用同步相位探测技术和几何原理获得所有被测点的面形偏差梯度信息,然后利用区域波前重构法恢复面形偏差,进而重建被测面形。利用此方法首次分析了叠栅条纹图、非球面度、光栅对比度对重建被测面形的影响。数值结果表明,条纹图的重叠和光栅的对比度均对非球面的检测精度有影响,重建面形误差随着被测面形非球面度的增加而增大。对测量误差的分析可为Ronch i检测装置的设计提供有效、可靠的依据。     

计算机控制抛光机床

本文叙述了具有特定运动的小抛光模修磨光学表面的计算机控制抛光机床，它特别适合于修抛非球面度不大的光学表面．设计了干涉测量装置使加工过程形成闭环控制系统．     

自由曲面砂带磨削轨迹规划与误差控制分析

砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一,针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足,基于砂带磨削加工的特性,提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先,对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导,结合轮与曲面上加工点主曲率关系,通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差,并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后,基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划,同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理,获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后,应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划,并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求,提高了叶片型面的表面质量和精度,证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差,解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题,能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。     

软金属球精密/超精密镜面抛光工艺

为了探究软金属球精密超精密加工的新途径,采用精密/超精密镜面抛光技术,对其进行镜面抛光实验.实验结果表明:研抛压力、抛光液的p H值、磨粒大小和研抛垫的厚度是影响表面加工质量的主要因素.当研抛压力在0.6~0.8 N/cm2、抛光液p H值为10、磨料粒度为W0.5、研抛垫厚度为2 mm时,抛光效果最佳,可以有效地提高加工效率,改善表面加工质量,得到表面粗糙度Ra为0.039μm的已加工表面.