一种基于自动对焦的非球面测量系统

影响高精度非球面磨削加工精度的不仅是机床、刀具和数控技术等参数,而且取决于制造系统所采用的测试手段和所能达到的测量精度.针对非球面制造系统的测量特点,将光栅测量技术和光学显微镜自动对焦技术引入环节,进而提高对非球面工件的测量精度,解决了制约非球面加工精度提高的测量问题.     

高精度非球面表面测量技术研究

追求更高制造精度一直是制造业的目标,制造精度的提高不但取决于机床、刀具和数控技术,而且取决于制造系统所采用测试手段所能达到的测量精度。在诸多非球面测量方案中,接触式光栅测量技术能够达到相对较高测量精度并具有广泛的适用范围。针对该技术在两个方面提出进一步的改进:第一,把原子力显微镜和用于位移精密测量全息光栅引入非球面制造系统,取代机械测头,以便对该系统所采用测试手段进行改进,进而提高该系统测量精度:原子力显微镜的工作模式采用轻敲模式。第二,全息光栅是光栅制造的最新发展,它的各种指标参数均优于刻划光栅,全息光栅位移精密测量技术也优于传统光栅位移测量技术;为进一步提高非球面表面测量精度,采用全息光栅取代普通光栅实现位移精密测量是非常必要的。     

高精度非球面制造系统控制软件的设计

根据高精度非球面制造及测量的需求,设计并实现了高精度非球面制造及测量系统的控制软件。系统基于工控PC机和Windows98操作系统,并选用Delphi 6.0和Visual Fortran作为开发工具。系统采用在线误差补偿加工技术,可选择平面砂轮和圆弧砂轮两种加工方式,达到加工高精度光学非球面镜的要求。     

非球面曲面光学零件超精密加工装备与技术

"Nanosys-300非球面曲面超精密复合加工系统"是 "九五"重点预研课题-"非球面曲面的超精密加工与测量技术"的主要研究成果.重点对非球面曲面光学零件超精密加工机床,非球面曲面光学零件超精密加工工艺,非球面曲面光学零件超精密测量技术进行了研究.其主要技术成果有:非球面超精密复合加工系统综合设计和制造技术,高速超精密空气静压主轴系统,超精密闭式液体静压导轨系统,高速超精密空气静压磨头电主轴系统,开放式高性能数控系统集成技术等.系统的精度检测和工艺实验表明其研究水平进入了国际先进行列.     

基于CCD的高精度非球面测量与控制技术

高精度非球面具有广泛的、潜在的应用前景,非球面加工中的表面精度测量及补偿控制是制约其加工过程的关键因素.提出了基于CCD成像技术在线动态测量非球面的表面精度,研究了在线动态测量控制的结构方案,建立了基于CCD作为测量环节的计算机控制光学表面成形系统,提出了对表面精度的加工采用宏观形貌和微观形貌分段测量与控制的方法.     

非球面塑料透镜钢制模具型腔的加工工艺研究

介绍一种应用 CAD/CAM 技术,加工钢制非球面塑料透镜型腔的工艺。它涉及到非球面钢制型腔的工艺型腔设计、数控成型、精修抛光、测量等一系列技术。已制造了多种非球面型腔,正应用于照相机取景器、摄影镜头、望远镜、小型变焦镜头等产品。其中 T902照相机摄影镜头已成批生产,精度达到设计和使用的要求。     

非球面塑料透镜钢制模具型腔的加工工艺研究

介绍一种应用ＣＡＤ／ＣＡＭ技术，加工钢制非球面塑料透镜型腔的工艺。它涉及到非球面钢制型腔的工艺型腔设计、数控成型、精修抛光、测量等一系列技术。已制造了多种非球面型腔，正应用于照相机取景器、摄影镜头、望远镜、小型变焦镜头等产品。其中Ｔ９０２照相机摄影镜头已成批生产，精度达到设计和使用的要求。     

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。     

高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测

为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TMA)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.632 8μm);用Leica经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。     

非球面精密检测系统的设计与实现

一直以来,非球面元件加工制造难度高,检测技术更是非球面制造技术中的瓶颈。本文介绍了一种基于无线网络的光学非球面精密检测系统的软、硬件工作原理及设计方案,通过对温度、变形、振动等性能量进行采样与数据分析的实验,证明了该系统的高效性和准确性。     

离轴楔形非球面平行磨削及补偿技术研究

针对精密光学系统中对高精度离轴楔形非球面透镜的加工要求,提出采用由倾角可调三轴摆动式数控夹具系统和精密磨床数控系统(Computer numerical control,CNC)协调完成离轴楔形非球面透镜的高效加工方法。设计三轴摆动式数控夹具机构及控制系统相关程序,完成夹具制造及调整,在数控精密平面磨床上实现对离轴楔形非球面平行磨削加工。倾角可调夹具的设计简化原有的加工工序,提高加工效率。根据平行磨削加工原理对加工插补误差和工件形面误差进行模拟计算,结果表明:夹具旋转误差以及工件的形状尺寸会对加工精度产生较大影响。根据模拟结果和平行磨削方法原理,设计工件加工误差的在位补偿方法。通过平行磨削加工及补偿试验证明:在位补偿方法可以有效提高工件的加工精度。     

提高激光位移传感器精度的技术研究

为了提高激光三角测距位移传感器的精度,从分析影响系统测量精度的诸多因素出发,提出应用非球面设计校正系统像差的方法;应用基于高斯曲线拟合处理激光光点图像的方法;设计了激光点能量的自适应调节方法等一系列提高测量精度的有效方法.重点分析非球面透镜系统的成像的特点,给出了用于解决该系统中由于大视场和大景深所带来的较大像差的光学系统非球面校正设计理念,并利用ZEMAX光学设计软件对系统进行了设计验证,实践证明采用以上方法有效提高了系统的测量精度,在系统测量动态范围110 ～ 120mm段可以达到μm级的精度,同时也为同类系统设计提供了参考.     

超精密非球面镜面模具直轴磨削的研究

研究了非球面镜面模具直轴超精密磨削技术,给出了非球面镜面模具超精密加工机理、算法原理、软硬件结构、系统实现、工艺分析及实例应用,开发了小型超精密非球面镜面加工系统SGTCAM1.0.研究结果表明,系统原理正确,加工出的非球面光学零部件形状误差在100 nm以下,表面粗糙度在5 nm以下,达到纳米级加工精度.开发的系统使用方便,成本低.     

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.     

非球面曲面的超精密加工与测量技术的研究

全面介绍了“九五”重点预研课题——“非球面曲面的超精密加工与测量技术”的研究内容及其成果。其主要研究内容有：非球面曲面的超精密加工系统的研究、非球面曲面的超精密加工工艺的研究、非球面曲面的超精密测量技术的研究。其主要研究成果有：高精度、高刚性高速空气静压主轴技术,高精度、高刚性闭式液体静压导轨技术,超精密车削系统,超精密磨削系统,高性能、开放式数控系统基础集成技术等其它相关技术。     

用校正法提高补偿器检测法的精度

研究了一种测量、分离补偿法检测补偿器非圆对称误差的技术,这种技术基于波面误差可用泽尼克圆多项式来表述。通过使补偿器或被测非球面绕系统光轴旋转到多个不同的角度,得到多个测量结果,根据这些测量结果,计算得到由补偿器误差带来的波面误差的非圆对称项泽尼克圆多项式系数,接着根据这些非圆对称项泽尼克圆多项式系数制作一个校正文件对非球面的测量结果进行校正,利用该技术可有效减轻对补偿器材料、加工及装校的苛刻要求,提高测量精度。实验结果表明:对某一被测非球面不用该技术时测量结果为0.105 λ(RMS),应用此技术后的测量结果为0.026 λ(RMS),且被测面在几个任意不同角度时的测量结果相差只有0.001 λ(RMS),效果很好。该技术已被应用到实际的双曲面凸面反射镜的测量中。     

中大口径轴对称光学非球面超精密磨削数控机床的研制

通过系统分析轴对称中大口径方形光学非球面包络法加工原理,提出了非球面磨削加工机床各轴系运动的数学控制模型,设计并研制了非球面精密磨削加工机床及机床速度、位移双闭环控制系统,在研制的加工机床上进行了330×300mm的方形光学非球面镜片磨削试验,并采用数字型电感测微仪设计了非球面在线检测系统,通过对加工后的光学非球面进行在线检测,试验结果表明设计并研制的光学非球面磨削加工机床加工精度满足光学非球面镜片加工面形精度PV值达到4μm的要求,且加工效率高,适用于中大口径非球面磨削加工。     

大口径轻质反射镜坯的制造

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(toolpath)轨迹数据文件,编写CNC(comput ernumbercontrol)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029λ(rms,λ=633nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.     

薄型非球面弹性变形面形复制加工技术研究

提出一种新型非球面加工技术——弹性变形面形复制加工技术,该技术综合利用光学玻璃材料的线弹性特性以及面形复制加工机理,将复杂的非球面加工转变为简易的平面加工,适合加工薄型大曲率半径非球面。阐述弹性变形面形复制加工技术的基本机理,随后以直径为40 mm、顶点曲率半径为2 500 mm的抛物面作为目标面形,通过有限元仿真确定使工件与靠模紧密贴合所需的工件最小去除厚度,建立加工过程的材料去除模型,并由此确定加工时间。在所搭建的弹性变形面形复制加工系统上进行加工试验,试验结果证明所建立材料去除模型有效。最终工件加工面形精度为PV 0.62 μm。对加工面形精度影响因素进行分析,并提出改进工件加工面形精度的措施。     

消旋检测系统像差校正衍射元件的加工分析

基于一种检测机载制冷型CCD消旋机构的红外光学系统,对非球面为基面的衍射元件进行系统像差校正。通过控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型,使用金刚石单点车削技术(SPDT)进行衍射元件的高精度加工,并对影响衍射元件加工精度及加工工艺因素进行了分析。