Ф420mm高次非球面透镜的加工与检测

介绍了Ф420mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法。对现有数控加工工艺进行了优化,通过分工序加工方式,依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工。进行非球面透镜检测时,考虑透镜的凹面为球面,利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测,剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后,透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS;针对透镜的凸面为高次非球面,采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测,其精度达到0.013λ-RMS。最后,采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测,得到其波前误差为0.013λ-RMS。试验结果表明,非球面透镜各项技术指标均满足设计要求。所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.     

微小非球面光学模具单点斜轴误差补偿磨削

针对微小非球面光学透镜模具的纳米单点斜轴误差补偿磨削进行研究。通过分析比较传统的直交轴磨削法,提出微小非曲面光学模具的单点斜轴磨削方式,有效避免微细砂轮在加工微小非球面时发生干涉情况;采用单点恒定磨削方式提高微小非球面磨削的稳定性及精度。通过分析磨削区域内微细砂轮与微小非球面的干涉情况,从而合理计算并选用较高强度的微细砂轮。提出微小非球面误差补偿磨削策略,分析砂轮的对心误差(x轴向和y轴向)对形状精度的影响,采用法向残余误差补偿的方法对加工后的形状误差进行超精密补偿磨削。利用超精密磨床对口径为2 mm的超硬热压模具碳化钨材料的微小非球面进行纳米单点斜轴误差补偿磨削试验,经过三次超精密磨削及误差补偿循环,其形状精度PV从1 034 nm改善至146 nm,表面粗糙度达到Ra2.19 nm。     

大尺寸轴对称非球面磨削精度建模和分析

运用刚体运动学理论和坐标变换,建立高精度平面磨床的通用误差模型。针对大尺寸轴对称非球面工件的高精度加工要求,采用光栅式平行磨削的加工方式。根据这种非球面磨削方式和高精度平面磨床的结构,给出影响大尺寸非球面加工精度的主要误差因素,并建立基于这些主要误差因素的大尺寸非球面误差模型。对主要单项误差的分析表明,磨床的直线度及定位精度误差和圆弧半径误差是影响面形分布的主要因素,而面形误差值则是各个误差综合作用的结果。通过误差模型可以预测面形误差分布和大小,并可以利用该模型进行补偿加工。加工试验结果表明,该模型能够比较准确地预测面形精度,补偿试验后精度提高,说明利用该模型进行补偿是有效的。     

离轴非球面的计算全息图高精度检测技术

为了实现离轴非球面高精度定位、光路对准及面形检验,提出了一种使用计算全息图(CGH)技术实现离轴非球面高精度光学检测的方法.将被检非球面倾斜平移后作为轴上自由曲面进行CGH补偿检测设计,从而减小了检测光路的相对口径和CGH所需补偿像差,提高了CGH检测精度.使用自行开发的CGH专用设计计算软件,设计完成的CGH同时具有...     

一种非球面超精密单点磨削与形状误差补偿技术

随着各种小型的非球面光学零部件的广泛应用,其成型模具的制造精度要求也日趋提高.针对目前我国尚未完全掌握非球面模具的超精密磨削技术的情况,对超精密单点磨削和形状误差补偿方法进行研究.利用在位接触式的测量系统的测量数据重构实际的磨削轮廓曲线.根据实际磨削轮廓与目标轮廓之间的法向距离,求解出法向残余误差,并提出基于超精密单点斜轴磨削的形状误差补偿方法.利用超精密磨床对口径为6 mm的超硬碳化钨的非球面光学模具进行超精密磨削、在位测量与误差补偿试验,经过两次循环,其形状精度(Peak to valley,PV)从449 nm改善至182 nm.     

基于多体系统理论的非球面磨削误差模型与补偿技术

为提高大中型非球面的磨削精度,从而提高非球面的加工效率,研究轴对称非球面磨削过程的误差模型,并对误差进行补偿.运用多体系统理论,基于一阶线性模型,建立非球面磨削成形的统一误差模型,并且推导各种误差对于最终面形误差的传递函数.基于传递函数特征相似误差集中补偿的方法,将所有趋势项误差转化为砂轮对刀误差以及砂轮形状误差进行补偿,并建立实用补偿模型,从而避免求解、校正各项具体误差.试验结果表明,建立的误差模型和辨识模型正确,可以使面形误差收敛到预期范围,从而解决了轴对称非球面磨削中的精度控制问题.     

利用曲面计算全息图进行非球面检测

研究了利用曲面计算全息图进行非球面检测.分析了曲面计算全息图的衍射特性,给出了曲面计算全息图与传统检测方法相结合检测凹非球面和凸非球面的原理及特点,并进行了具体设计.利用激光直接写入设备,在口径为110mm、曲率半径为504mm的曲面基底上制作出了计算全息图,并对金刚石车床车削的凸面非球面进行了检测.利用两步测量法解决了凸非球面的中心部位难以检测的难题,同时利用旋转相减法消除了调节误差,非球面的面形精度为234nm(P-V),与金刚石车床的精度相符.     

非球面超精密加工自动编程技术研究

讨论了非球面超精密加工自动编程技术中的数控插补、刀具半径补偿、工艺参数选择及编程误差分析等问题.结合研究的成果,完成了对旋转椭球面和旋转抛物面等非球面工件的加工工艺实验.     

无结合剂碳化钨非球面模具的超精密磨削加工

针对无结合剂碳化钨材料,进行非球面模具的法向磨削试验研究。分析法向磨削非球面时的砂轮对刀误差对磨削精度的影响,研究无结合剂碳化钨非球面模具的磨削表面形貌特征和最终表面质量,优化误差补偿工艺,并利用聚焦离子束对磨削后的非球面亚表层损伤进行成像分析。研究结果表明利用推导的砂轮对刀误差方程,可以在磨削加工前对砂轮的初始位置进行精确调整,提高磨削加工精度。磨削后无结合剂碳化钨非球面模具不同区域的表面质量不同,距非球面中心越近,磨削质量越好,距中心越远,磨削质量越差。经过3次误差补偿磨削加工后,最终的无结合剂碳化钨非球面模具的面形精度误差均小于0.3μm(PV值),表面粗糙度平均值小于8 nm(Ra值),亚表层没有明显的裂纹产生。     

基于柱面坐标系的新型光学坐标测量机的研制

研制了一种基于柱面坐标系的新型专用非球面坐标测量机,通过测量非球面多条子午截线实现对非球面形的全口径检测。在结构设计方面,采用了龙门框架加回转运动的形式,利用高精度气浮导轨实现水平运动,利用端齿盘实现对工件的精确分度,通过点位测量的方式实现对非球面形的高精度检测。在软件方面,建立了系统的数学模型和柱面坐标系下回转对称非球面形全口径检测算法,并在VC++6.0和Matlab平台上编制了测控软件和数据处理软件。系统最大测量口径为600 mm,测量高度为25 mm,最小测量步长为1 mm,经过系统误差补偿后,系统精度优于1 μm,满足了精磨、粗抛阶段非球面形检测要求。试验表明:系统运行良好,精度满足要求,同时具有良好的通用性,可用于非球面精磨、粗抛阶段的检测。     

符合阿贝原则的数控机床几何误差建模

为提高现有数控机床空间误差分析方法的准确度,本文基于阿贝原则对齐次转换矩阵(HTM)几何误差补偿模型进行优化。首先,推导出XYFZ型三轴机床适用的HTM几何误差补偿模型并给出模型正确使用的前提条件;然后,基于阿贝原则分析了三轴机床的空间误差传递机理,指出阿贝误差对机床定位精度的影响,给出理论计算公式并在机床运动轴上进行实验验证;最后,基于阿贝原则和布莱恩原则对现有的HTM几何误差补偿模型进行优化,采用该模型拟合体对角线空间误差,并与实测机床体对角线误差进行对比验证。现有HTM几何补偿模型可将机床空间误差由41.15μm补偿至16.37μm,补偿率为60.22%;优化后的补偿模型可将机床空间误差补偿至5.32μm,补偿率为87.07%,提高了26.85%。实验结果表明,优化后的补偿模型更加合理,进一步改善了空间误差的补偿精度。     

基于后验误差拟合的角位移测量误差补偿

在航天、军事、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域,光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量,更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象,基于后验误差拟合方法确定误差模型参数,从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素,建立了长周期误差和短周期误差模型。然后,采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定,提出误差补偿算法;最后,对某一小型光电编码器进行实验,验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″,补偿后的精度为5.82″。实验表明,采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小,直接对编码器进行误差补偿,具有效率高、补偿准确等优点,极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。     

基于数控系统底层通信的实时误差补偿及应用

为提高数控机床加工精度,设计开发基于CNC底层通信的实时误差补偿功能模块,该模块通过GSK-Link网络通信协议与CNC底层进行数据交互。实时补偿过程为：通过温度采集模块和数据通信模块实时采集机床温度及各坐标轴坐标,误差补偿器计算误差补偿值并将计算结果直接送往CNC实时误差补偿功能模块,以实现机床误差实时补偿。该补偿过程的最大优点是实时补偿器与CNC底层直接通信,而不是目前国际上惯用的先通过PLC再与CNC底层通信的方式,因此实时补偿的速度和效率更高,补偿效果更好。GSK 25i数控系统的实时补偿结果表明,实时误差补偿可有效提高机床精度,最大可提高91.7%。     

数控机床螺距误差补偿技术研究

分析了数控机床螺距误差的产生原因和误差补偿原理,介绍了SINUMERIK802S/C系统数控机床螺距误差的等间距补偿方法和基于激光干涉仪的动态补偿方法,并给出了误差补偿实例。     

加工中心误差补偿方案技术研究

基于软件误差补偿方法，研究了各种补偿方案。文章采用修正NC数据实现误差补偿，设计了具有特殊表面的实验样件，在MAKINO FNC86-A加工中心上进行了误差补偿实验验证。对于所设计样件进行有补偿和无补偿情况下的加工，利用三坐标测量机对加工表面进行检测。实验结果表明，误差补偿之后，样件的加工精度提高了60％以上，验证了文章理论方法的正确性和可靠性。     

制动主缸补偿孔位置检测误差分析与补偿

针对当前制动主缸补偿孔检测效率低、精度低、成本高等技术现状,提出了一种集光、机、电于一体的高性能精密检测系统,分析了该系统所涉及的补偿孔几何中心位置检测误差并进行补偿。通过对误差来源的分析,揭示了制动主缸补偿孔位置检测过程的误差解算方法。基于该解算方法,利用增量式误差补偿方法构建了误差补偿模型,并进行补偿孔检测与误差补偿实验。实验结果表明,系统竖轴误差对补偿孔直径检测数据的影响较小,而对补偿孔位置检测数据的影响则由补偿孔与基准面的相对位置决定。补偿孔与基准面距离越远,误差越大。实验数据显示,在型号为ZDZG-20.64的被试件中,被测补偿孔位置精度分别提高0.05 mm和0.254 mm;在型号为ZDZG-22.2的被试件中,被测补偿孔位置精度分别提高0.044 mm和0.072 mm。该误差模型及补偿方法能够有效提高制动主缸补偿孔的检测精度。     

切线法数控成形非球面机床的误差补偿

针对切线法数控成形非球面机床的速度插补原理,提出一种基于隐马尔科夫理论,结合阈值约束技术和统计学期望求值思想的误差前瞻补偿方法。在该方法的基础上建立了“切线法数控成形非球面机床”的误差补偿模型。实际应用和实验验证表明,该误差前瞻补偿方法可以有效解决数控机床的误差补偿问题,为数控系统及其他类似系统的速度插补提供了一种新的尝试。     

面阵彩色航空遥感相机前向像移补偿机构精度分析

考虑航空遥感相机中前向像移补偿机构的运动精度会直接影响相机分辨率,本文对相移补偿机构的补偿精度进行了分析。首先,研究了面阵彩色航空遥感相机的机械式前向像移补偿机构的特点,给出了对应于曝光时间的前向像移补偿速度残差的许用值;其次,分析了影响像移补偿精度的主要误差来源,建立了速度补偿残差的数学模型,并运用MonteCarlo算法对其进行了仿真分析;最后,通过动态目标发生器成像试验对仿真结果进行验证。试验结果显示,前向像移补偿机构的速度补偿残差3σ为395.6μm/s,与仿真分析结果400μm/s基本一致,说明该精度分析方法可以比较准确地确定前向像移补偿精度。     

应用潜变量回归在线补偿双直接进给轴热误差

为了提高直线电机驱动的双直接进给轴的运动精度,对该类进给轴的热误差进行了建模并研究了误差补偿方法。分析了双直接进给轴进给过程中热误差产生的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于潜变量回归的双直接进给轴热误差在线补偿方法。该方法应用激光干涉仪测量进给轴的热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给轴关键点的温度变化;通过时间匹配变形和温度数据得到统计样本并建立基于潜变量回归的热误差识别模型。以模型的在线计算确定误差补偿量,给出了与数控系统兼容的补偿控制输出策略及补偿系统构建方案。在自构建的龙门双直线电机驱动进给轴平台上进行了在线补偿实验。结果表明:应用潜变量回归方法对双直接进给轴进行热误差补偿可使双直接进给轴的热误差减小75%。     

A novel error compensation implementing strategy and realizing on Siemens 840D CNC systems

Error compensation implementing strategy of CNC machine tools is a key technique. Basing on handwheel offset function of CNC system, a novel error compensation implementing strategy were proposed, and an error compensator is developed to realize the error compensation implementing on machine tools with Siemens 840D CNC systems, which communicates with CNC system by the DRF offset function and substitutes for electronic handwheel of CNC system. The error compensator’s hardware and software systems, in which multithread technique was used to parallel run to avoid CPU’s long-playing employment by one task, were developed. Finally, to test the feasibility of the implementing strategy, an experiment was carried out to compensate geometric error of a heavy-duty CNC floor-typed boring and milling machine tool. Experimental results show that error synthetic compensation equipment developed in this paper can perfectly implement error compensation function.