φ124 mm口径碳化硅质非球面镜面数控研抛技术研究

介绍了碳化硅质光学镜面的光学加工流程和加工手段,分析了碳化硅光学镜面的光学加工过程各个步骤中所应用的磨料和加工方法.利用自主研制的非球面数控加工中心,探索一种新型轮式研磨抛光技术,解决了中小口径非球面元件的数控加工问题,形成比较规范的中小口径碳化硅非球面元件加工方法,并应用到φ124 mm口径两面均为非球面的碳化硅元件的加工中,工件最终加工精度为第一面:0.761 λ(PV)、0.059λ(RMS)(λ=0.632 8μm);第二面:0.834 λ(PV)、0.089 λ(RMS)(λ=0.632 8μm),满足了设计要求.     

一种中小口径非球面元件数控抛光技术

基于自主设计研制的FSGJ-3型非球面数控加工中心,针对口径φ108 mm凸非球面透镜(曲率半径R＝318 mm,k=－3),研究了非球面粗抛光工艺、精抛光工艺、抛光设备、磨料以及相关工艺参数,提出了规范的中小口径非球面加工的工艺方法和新型轮式抛光技术,实现了中小口径非球面元件的数控快速精密铣磨成型,且保证了光学零件具有较高的面形精度。抛光后元件面形精度达到0.306 λ(PV)、0.028λ(RMS) (λ=0.632 8μm)。满足了在光学系统中使用非球面零件,明显改善像质,提高光学特性,减少光学零件数目,从而简化系统结构,减小系统体积,减轻系统质量的目的。     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

非球面曲面超精密加工机床研制成功

2003年5月的一天,一块亮如镜面的铝材凸球面车削样件被小心翼翼地从非球面曲面超精加工机床卸下,送入国家级光学计量检验中心检验。检验结果为:车削加工样件的面形精度PV=0.228μm,表面粗糙度Ra=0.0078μm,这意味着表面粗糙度仅有不到8nm。这是三○三所研制的非球面曲面超精密加工机床在用户西安应用光学研究所进行交付验收时的一个场景。非球面曲面超精密加工机床的成功研制,表明三○三所超精密加工技术国防科技重点实验室比较全面地攻克了非球面曲面光学零件的超精密加工与测量的关键技术,打破了国外的技术封锁,使我国的非球面曲面光学…     

Ф1．2mF／1．5抛物面主镜补偿器

用于Ф1．2mF／1．5主镜面形检验的补偿器,需要补偿0．087mm的非球面度,并满足0．033λ（RMS）面形检测要求。介绍了该补偿器的设计、误差分析、加工、标校及最终主镜检测的情况。主镜检测前用计算全息（CGH）对补偿器标校显示：补偿器产生的抛物面面形误差为0．012λ（RMS）,二次曲面常数K的误差为0．0064％;主镜最终补偿检测结果为：面形误差0．027λ（RMS）,二次曲面常数K的误差为0．0306％,与分析的结果相符。结果表明,补偿器设计合理,建立的误差分析原则和方法可行,加工质量可靠,为更大口径高陡度非球面主镜的补偿检验奠定了坚实基础。     

基于Gabor小波的磨床微进给电控装置的设计与研究

设计了用于加工小口径非球面光学零件在磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给控制装置和基于Gabor小波的多通道滤波器。试验表明，在光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后，工作表面粗糙度可达Rα=0.02μm，能够满足小口径非球面光学零件精磨的技术指标要求。     

气囊抛光过程的运动精度控制

针对用于球面、非球面光学元件超精密光学加工的气囊抛光技术,提出了一套控制抛光过程中气囊运动精度的方法。该方法通过控制加工单元的温度,保证抛光过程中设备运动精度达到50μm;使用坐标传递法,使检测数据二维方向对准不确定度达到0.30~0.70mm。另外,基于磨头去除量估计与反馈修正法,提高精抛过程面形误差收敛效率。最后,通过磨头探测校准法,将磨头与加工工件法向位置精度提高至10μm。实际抛光实验显示:使用运动精度控制法在280mm口径的平面精密抛光中获得的面形加工精度为0.8nm(RMS),在160mm口径的凹球面精密抛光中获得的面形加工结果为1.1nm(RMS),实现了超高精度面形修正的目的,为超高精度球面、非球面光学元件加工提供了一套行之有效的方法。该方法同样适用于其他接触式小磨头数控抛光方法。     

三○三所研制成功非球面曲面超精密加工机床

2003年5月三○三所研制的非球面曲面超精密加工机床在用户西安应用光学研究所交付验收。经国家级光学计量检验中心检验,该机床车削加工样件的面形精度PV=0.228μm,表面粗糙度Ra=0.0078μm。非球面     

大口径碳化硅材料凸非球面反射镜的检验

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验,研究了无像差点法以及补偿检验法方案.经过比较优选,确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器,设计精度为PV:0.008 2λ,RMS:0.002 9λ(λ=632.8nm).采用会聚光束,使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测,最终检测结果为0.022λ(RMS).所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性,设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计.采用该方法提高了凸非球面检测精度,并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间,为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用奠定了基础.     

应用多模式组合加工技术修正大口径非球面环带误差

为了满足大口径非球面光学元件加工的需求,提出了用多模式组合加工(MCM)技术修正大口径非球面反射镜环带误差的方法。本文讨论的MCM技术以经典加工工艺为基础,采用抛光盘的多工位加工和抛光模式的组合完成光学元件的抛光,实现对光学表面中低频段误差的有效控制。介绍了MCM技术的重要组成部分JP-01抛光机械手的工作原理,分析了MCM的工作模式。采用MCM技术对Φ1230mm的非球面反射镜进行环带误差的修正,给出了镜面面形检测结果。实验结果表明,MCM技术可以有效地控制光学表面的中低频误差,使光学表面误差得到有效收敛,从而显著提高抛光效率。目前,采用MCM技术加工1～2m口径的同轴非球面,其精度可以达到30nm(RMS)。     

关于大圆柱族包络面是否能由小圆柱族生成的问题

在机械工业中，由圆柱面运动生成的包络面是一种常见的曲面。由于机械磨损，圆柱会变小从而需要及时更换。这是一笔很大的浪费。因此很自然引出如下的问题：由一柱面运动生成的包络面能否由另一更小的圆柱面运动生成。我们对这一问题进行了研究，发现了一个充分条件，并通过一反例说明了在一般的情形下对该问题的回答是否定的。     

The significance of surface topography in engineering

All machining processes leave characteristic topographic features on the surfaces of components. This paper reviews a wide range of examples in which the surface topography of a component has been found to bear a significant effect on its function. Problems in manufacture which are related to surface roughness requirements are also disccused.     

共轭曲面求解理论与方法研究

分别介绍了基于解析曲面和数字曲面的共轭曲面求解理论与方法 ,对各种求解方法的基本思想、关键技术作了简要说明和评述 ;提出了基于数字曲面的求解策略 ,预测了该领域今后的研究重点和方向。     

基于三角曲面的逆向工程CAD建模方法

根据目前逆向工程CAD建模中存在的问题，提出一种基于三角Bezier曲面模型初始表达的跨平台产品逆向工程CAD建模策略，既能利用三角Bezier曲面的优势，又能有效地与通用CAD软件集成。对涉及产品逆向建模方案、数字化测量规划、实际建模过程和再创新设计等具体内容进行了详细阐述，并结合具体实例说明了该方法的可行性和有效性。     

自由曲面测量的区域划分准则研究

数据测量是反求工程CAD建模的首要工作，当被测对象为自由曲面时，对曲面进行合理的区域划分可保证准确全面地获取实物表面数据。曲面测量区域划分是否合理将直接影响曲面的拼接质量和曲面整体品质，在目前应用广泛的三坐标测量机曲面测量中，测量区域划分应遵循四条基本准则。     

超光滑表面的加工、表征和功能

超精密加工的目标是通过表面质量控制获得预定的表面功能。一定的加工过程产生相应的表面特征 ,而表面特征在很大程度上又决定着表面的实际功能。为了通过预先设计及加工控制获得要求的功能表面 ,必须对超光滑表面的加工、表征、功能及其相互关系进行全面而深入的研究     

A级曲面技术在智能鞋套机外形设计中的应用

提出中小型产品设计中A级曲面设计的两种方法,以智能鞋套机产品为例介绍其中的正逆向集成设计方法,并对其曲面设计中的缺陷处理进行论述,讨论了设计中曲面精度的设计方法和处理要点,从而给出一个具有操作性的曲面设计流程.     

反求工程中复杂曲面重构算法研究与实现

针对复杂曲面的精密制造与检测，提出了一种有效实用的曲面重构算法。系统地论述了该方法重构复杂曲面的实现全过程。实例表明，该方法具有采样效率高、重构曲面精度高、曲面光顺等特点。     

激光表面淬火与常规表面淬火在模具应用上的研究分析

介绍了用于模具表面淬火的常规方法以及激光淬火加工系统和激光强化工艺方法,讨论了激光强化模具表面的硬化层深度和耐磨性能与激光强化工艺参数之间的关系,采用激光强化技术能大幅度提高模具的使用寿命和加工质量。     

三维表面微观形貌的表征趋势

近几年计算能力,计算速度、图像分析、数据处理技术的不断提高,极大地推进了三维表面微观形貌测量仪的实用化和商品化。对最近文献中出现的三维分析方法和表征参数,如基准表面、图形（像）表征、等进行了综述,提出了三维表征技术的任务和发展方向。