一种SiC非回转对称非球面的加工与检测

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法.该实验件的理想面形方程为z=3λ(X3-y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.632 8μm),镜胚材料为Φ150 mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合.在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项.去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm.本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法.直接采用Zygo平面干涉仅检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差.其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除.通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计.由此在一次测量中可直接得到面形误差.实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求.     

以环形子孔径扫描法测量大口径非球面的研究

总结非球面常用检验方法在应用中优、缺点的基础上,使用环形子孔径扫描法来测量大口径非球面。这种方法使被测元件相对于参考波前的斜率差减小到干涉仪允许的测量范围内,每次测量仅是被测表面的一部分,通过算法实现数据“拼接”,从而得到整个面形信息。该方法无需辅助光学元件即可实现对大口径、大相对口径非球面的直接测量,为大口径高精度非球面的加工检验提供了有效手段。     

薄反射镜主动光学实验系统

用口径400mm、厚12mm的薄反射镜作为实验镜进行了主动光学实验.支撑系统由背部12个主动支撑点和3个固定支撑点组成,主动支撑点采用由压电陶瓷促动器和压力传感器组成的力促动器,用于控制实验镜面形,固定支撑点用于控制实验镜的定位.通过Shack-Harmann波前传感器测量镜面面形并拟合出Zernike像差,用阻尼最小二乘法计算出校正力,通过PID算法闭环控制各促动器施加力的过程.通过主动校正,将初始支撑状态下的1.16λ(λ=632.8nm)RMS面形精度校正到0.07λRMS,优于镜面抛光后的0.1λRMS.     

非球面非零位横向剪切干涉检测与波前重建

本文分析了非球面非零位检测中3种典型的非球面度及其变化率、调整误差、回程误差以及干涉仪系统误差,提出了非球面度变化率是影响检测误差的主要因素,并给出了非球面非零位检测面形加工误差的确定方法.对基于Zernike多项式拟合的最小二乘法和系数转换法进行了对比研究,分析了剪切量和多项式拟合阶数对波前重建精度的影响,并给出了数值模拟结果.为了验证以上方法的可行性及检测精度,针对一单点金刚石车削的抛物面反射镜,利用顶点球作为测试波前进行非零位横向剪切干涉检测,并用最小二乘法进行波前重建.实验结果表明,在非球面度变化率最大的反射镜边缘处面形误差最大,达到0.203μm,研究结果为横向剪切干涉仪用于非球面加工过程中在位检测提供了技术支撑.     

超轻超薄反射镜主动支撑方案优化设计

针对超薄反射镜径厚比大,自身刚度小,更易受环境变化影响面形精度的问题,本文对一块口径500mm超薄实验镜的主动支撑方案进行了有限元分析,并提出了主动支撑方案.本文包括以下内容:1)利用有限元软件系统建立了500mm超薄镜面的有限元模型;2)利用Zernike多项式几个低阶像差来模拟镜面的制造误差和工作环境变化引起的镜面形变,得到超薄镜面上各点的误差值;3)在分别计算出各个致动器响应函数的基础上,给出了该超薄镜具有最佳主动校正能力的致动器分布的优化方案;4)通过对比不同厚度的超薄镜的主动校正能力,给出了500mm口径超薄镜的最佳厚度.     

超精密车削金刚石刀具刃口误差的高精度补偿

超精密车削中的金刚石刀具刃口误差的补偿问题一直是制约高精度非球面车削直接成形的瓶颈技术,尤其对于大相对口径,深度非球面的车削,金刚石刀具刃口误差对最终的面形的影响非常大.传统补偿方法是根据轮廓仪的测量结果对刀具刃口误差进行修正,但是该方法存在测量时间长,高频误差大,加工效率低的缺点,本文最先提出利用车削表面面形误差拟合...     

基于立体相位测量偏折术的预应力薄镜面形检测

应力抛光技术通过在镜面上施加预定载荷,将包括自由曲面在内的非球面转化为球面进行加工,对加工镜面的形变进行精准检测是实现高精度应力抛光的关键。利用立体相位测量偏折术对预应力薄镜进行镜面面形和形变检测,获得被测镜表面的连续相位分布,结合表面法线唯一性与梯度分布积分,最终得到被测镜的高度分布和面形。模拟了系统误差成分,同时采用旋转平均法对系统误差进行标定去除,保证和提高了测量精度。对一块口径320 mm,球面半径5200 mm的预应力薄镜面形和变形量进行测量,静态测量结果与三坐标机测量结果对比,动态应变测量结果与有限元仿真结果对比,分别一致吻合,表明本文方法具备微米级的测量精度,相比于干涉仪和三坐标机更适用于大面形变化的预应力薄镜检测。     

基于干涉法的非球面测量技术

随着光学精密加工技术的发展,非球面光学元件在各种光学系统中广泛应用,高精度非球面检测技术对非球面光学元件的发展意义重大。论述了基于干涉法的非球面面形误差检测技术。根据检测原理,分别对零位干涉检验法与非零位干涉检验法进行了详细介绍。概述了近年来主流的非球面检测技术现状,展望了非球面面形检测技术的发展趋势。     

离轴非球面的条纹反射检测技术

条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点,通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测,使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系,然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型,通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置,采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置,从而计算得到被测镜面形的斜率误差,最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC离轴非球面镜进行了实测,并与三坐标测量机的结果进行对比,验证了方法的可行性,可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。     

数字刀口检测技术

为便捷地定量检测大口径光学元件面形,运用数字刀口检测技术,把传统刀口仪与CCD图像采集处理、计算机辅助计算相结合,构成数字刀口仪。采用图像处理来确定阈值对应的刀口位置,引入PSD来描述频域信息。对125mm和150mm口径的球面镜进行检测,实现了传统刀口仪不能完成的定量检测,获得了面形分布,检测精度P-V值达到0.12λ(λ=532nm)。通过与干涉仪测得P-V值0.057λ相比较,验证了数字刀口检测的可行性,而且得到的数据还可进一步进行像差分析,为镜面误差的加工修正提供依据。