超薄件加工变形误差补偿的研究（英文）

超薄件可广泛应用于高精度微型器件、光子系统等领域.针对加工后超薄件的较大变形,采用基于超精密车削的误差补偿方法进行研究.提出补偿理论与补偿方法,对原位面形误差与离线面形误差进行测量,利用补偿理论计算得到补偿面形,最后采用三轴伺服控制技术对超薄件变形误差进行车削补偿.补偿加工的超薄铝几何尺寸为Φ20×0.1 mm,一次补偿加工后,工件面形峰谷值由变形产生的误差从15μm降到10μm,具有较好的补偿效果.对补偿中原位测量误差与位置偏移误差进行讨论,提出提高补偿加工精度的方法.     

大型非球面主镜细磨中的一种在线检测技术

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测量。与Leize三坐标测量机对比测量同一个面形,二者的测量结果误差P-V为4．0μm,RMS为0．8μm。在普通数控细磨机床上实现了在线面形测量且测量精度优于5μm。利用此系统,实现了细磨加工过程的镜面面形在线检测。     

光学元件聚氨酯抛光特性研究

本文研究了应用于平面光学元件的快速抛光技术,从材料去除率、元件面形和表面粗糙度出发,对快速抛光技术应用于平面大口径元件的加工效果进行了探讨。研究了在快速抛光技术中压力和主轴转速对材料去除率的影响,验证了Preston公式在快速抛光中的适用性,快速抛光技术的去除效率可达10μm/h;其次,研究了聚氨酯抛光元件面形的精度,对于330mm×330mm元件可达～1.0λ（λ=632.8nm）;最后,对快速抛光系统中抛光粉颗粒大小及形态随使用时间的变化进行了观测,并测量了使用300目和500目抛光粉时快速抛光元件表面粗糙度以及其随抛光粉使用时间的变化。     

确定性光学加工中抑制边缘效应的一种方法(英文)

在确定性光学抛光过程中,当加工到工件边缘时由于工艺条件发生变化会产生边缘效应,导致加工效率降低和面形误差增大.针对这种情况,提出了一种可修正边缘现象的球形工具抛光技术,其去除函数稳定性较好,形状趋于高斯分布且束径也较小,对修正边缘现象以及局部面形误差具有较好的效果.同时规划了其抛光路径,采用一种伪ρ-θ光栅扫描运动方式的加工路径,简化了球形抛光工具的结构,并且由于使加工纹路有了变化,可使加工后的表面纹理呈现无序性和均匀性特征,相应可提高加工后工件的表面质量.最后通过对一块微晶球面镜的加工(面形误差峰谷值PV由加工前1.607λ(λ=632.8 nm)收敛到加工后0.365λ,均方根值RMS由0.195λ收敛到0.024λ),验证了球形抛光工具具有修正边缘翘边现象的能力.     

非球面光学零件研磨中安装倾斜误差的影响

针对研磨中工件的安装倾斜误差,提出了导致工件面形误差的分析方法,建立新、原坐标系,应用坐标变换,推导出工件曲线上各点相对理想曲线对应点的误差模型。工件安装倾斜角度不同、形状及精度要求不同导致的面形误差不同,利用模型分析了这几种情况对面形误差的影响,工件面形误差随安装倾斜角度的增大而增大,当安装倾斜角度由0.1°~1°变化时,工件面形负误差由-0.0030mm增大到-0.0448mm,增加了一个数量级;工件面形误差沿着曲面中点向边缘逐渐增大;相同的安装倾斜角度对大陡度曲面的面形误差影响较大。因此,在研磨中等精度要求的工件时,安装倾斜角度不应超过0.1°,陡度参数不应小于100mm。     

基于工件面形精度的超精密机床误差建模与分析

在影响超精密加工工件面形精度的诸多因素中,机床的空间几何误差与运动误差往往占主要作用.在本单位一台新型超精密加工试验台的加工试验中,出现了较大的面形误差.为了辨识影响工件面形精度的主要误差,首先将机器人运动学理论与多体系统运动学理论相结合,建立新型超精密加工试验台的实际运动模型;其次,定量分析各个误差,如对刀误差、两轴不平行度误差和摆动中心定位误差等对工件面形精度的影响,得到工件面形精度(波峰-波谷值)随不同误差的变化规律;最后进行加工试验,并用PG I1240轮廓仪检测工件面形,将实际加工工件的检测结果与各个误差的分析结果进行相关性分析.通过上述分析,确定试验台两轴不平行是影响工件面形精度的主要误差因素.     

光学加工中抛光垫特征对工件面形的影响分析

抛光是光学加工中获得超精密表面的主要手段.为明确抛光垫特征对平面光学元件抛光面形的影响规律,分析了抛光垫与工件之间的界面接触形式,并建立接触力学分析模型,运用有限元方法分析了工件与抛光垫之间的接触压力分布情况,获得了抛光垫厚度及表面球半径等特征对抛光压力分布的影响规律.基于理论分析结果,提出了一种新的平面抛光面形控制技术.在实验中对一块尺寸为430 mm×430 mm×60 mm的熔石英元件进行了加工,通过将抛光垫表面修整为微凸面,同时对抛光转速比进行精确控制,实现了工件面形精度的快速收敛.     

反应烧结碳化硅反射镜表面改性技术

为了解决新型优质光学材料-反应烧结碳化硅(RB-SiC)由SiC和要Si两相结构引起的光学表面缺陷问题,提出了反射镜表面改性方案并且从加工工艺的角度介绍了改性工艺流程.以空间反射镜的使用环境为依据,对几种适用的RB-SiC改性材料进行了较为全面的分析比较.本文采用新的离子辅助沉积碳化硅(LAD-SiC)材料为改性层,对改性层的表面形貌及部分性能进行了测试,证明IAD-siC膜层能够满足改性要求.在厚度为(6±0.5)μm的IAD-SiC膜层表面进行了一系列抛光工艺实验,文中给出了超光滑表面抛光工艺参数和实验结果.对改性层进行精抛光后,100 mm口径样片的面形精度为0.033X RMS(λ=632.8 nm),表面粗糙度优于0.5mmRMS.结果表明,本方法不仅可以很大程度提高元件表面质量,还可以进一步精修面形,为超光滑,低散射RB-Sic反射镜的加工提供了一条可行途径.     

工业机器人轮式抛光技术研究

本文结合机器人控制和轮式抛光技术的优点,开展了轮式技术研究。运用数值仿真模拟其抛光加工,论证了轮式抛光工具在精密元件抛光过程中的可行性;设计了可在机器人末端安装的轮式抛光工具,分析机器人轮式抛光控制逻辑和控制框架,建立基于轨迹和驻留时间的机器人抛光控制模型;开展机器人轮式抛光单点去除特性和环带去除特性性能测试实验,确定机器人轮式抛光工艺参数,实现样件表面整体自动研抛加工,面形误差由初始值PV：2.357λ,RMS：0.565λ,收敛到PV：1.431λ,RMS：0.242λ,初步达到预期的去除效果。研究表明,工业机器人轮式抛光方法是一种有效的表面抛光方法,在中高精度飞非球面元件的抛光中具有很大的潜力。     

超精密飞刀切削加工表面中频微波纹产生机理

超精密飞刀切削是一种重要的超精密加工手段,安装大飞刀盘的超精密铣床能够加工大口径超精密光学元件,加工表面具有很高的面形精度和很低的表面粗糙度值.但是加工表面普遍存在中频微波纹（空间周期从100μm到300μm,幅值低于0.1μm）,极大影响了光学元件的使用.超精密铣床的主轴旋转精度对加工工件影响很大,尤其是主轴轴线偏转会使安装在大飞刀盘外缘处的刀具产生很大位移.为此,建立了适用于空气静压轴承支撑的立式主轴角位移欧拉动力学方程,推导出方程解析解,得出主轴运动规律及其对表面中频微波纹的影响,并设计实验进行验证.最终给出了抑制中频微波纹的工程措施.