非球面反馈补偿铣磨抛光及工艺参数优化

通过对口径Φ84mm平凸非球面透镜加工工艺的研究,提出了全口径柔性抛光结合小磨头修正抛光的试验方案。通过实验引入铣磨补偿量来抵消全口径抛光带来的面型误差,并对小磨头修正抛光比较突出的工艺参数进行单因素试验,其中包括小磨头尺寸选择,抛光压力选择。通过改变抛光盘尺寸有效减少了中频误差,优化工艺流程参数后抛光的元件面型精度（PV值）0.49μm,达到中等精度要求。总结出一套效率高,成本低,重复性好的数控研抛非球面方法,可实现中小口径非球面元件大批量快速加工。     

球面柔性抛光机

该设备由陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室研制开发，通过压缩气体使柔性抛光材料表面产生变形，以达到抛光模和被抛光零件密切大面积接触的目的．通过调节支撑件的摆幅、角度以及气体压力，达到非球面光学零件表面的均匀柔性（不改变原有面形）抛光．主要用于光学零件加工及超精密加工装置，特别适合非球面研磨机床磨削成形后的非球面光学零件柔性抛光加工，     

精密低损耗光学元件制造与检测技术

正精密低损耗光学元件制造与检测技术针对高精密光学系统中低损耗光学元件需求,实现高质量、低损耗光学元件的制造。开展中大口径非球面光学元件成套制造技术研究,兼顾加工效率和精度,实现高效精密可控制造,增强确定量抛光能力,可满足武器装备需求,打破国外垄断。     

复曲面镜抛光工艺技术研究

针对Rx为250.7mm,Ry为165.7mm的复曲面透镜,进行了数控研磨和抛光技术研究,给出了批量生产的加工工艺流程,实现了复曲面元件的快速、确定性抛光。通过对复曲面加工的研究,在抛光中对其面型误差进行反馈补偿。最终加工的面型精度小于0.158μm （λ/4）,半径公差控制在±0.5mm以内,满足了光学系统中对复曲面元件的要求,并且在保证有较高面型精度和较好表面光洁度的同时,解决了复曲面镜的边缘效应和中心厚度难以控制等加工技术问题。     

红外光学元件的补偿加工技术研究

为了实现红外材料光学元件的高精度制造,文中研究了单点金刚石车削加工(SPDT)技术,并针对面形检测中存在的面形误差较大的问题,提出了采用补偿加工技术,以面形检测数据为基础,反馈修正车削加工程序,再次对红外材料光学元件进行修正加工,有效地提高了其面形精度。实验结果表明:对于某口径为30mm的ZnSe材料二次非球面元件,采用补偿加工技术后,其面形精度从PV=252.4nm和RMS=67.28nm提升到PV=58.3nm和RMS=10.62nm;对于某口径为40mm的Ge材料高次非球面元件,面形精度从PV=181.0nm和RMS=44.0nm提升到PV=60.0nm和RMS=7.35nm;这充分说明了该技术的可靠性,该技术能够有效地提高红外材料光学元件的制造精度。     

基于光学非球面的大尺寸精密检测平台技术

针对光学非球面元件精密面形测量的需要,提出了一种大尺寸精密检测平台的测量与控制技术。通过讨论检测平台离线测量原理,采用高精度直线电机、0.1μm接触式/非接触式测量传感器以及自主开发测量评价软件为核心的软硬件控制方案,完成了大尺寸精密检测平台的设计与搭建,并针对光学非球面元件的测量特点,开发了配套的测量软件,以实现大口径光学非球面元件的面形测量与评价。光学非球面元件的测量实验结果表明:该检测系统可以有效地应用于非球面表面形貌的精密测量。     

非球面制造中的加工误差修正补偿

非球面镜在军用和民用光学制造领域中得到了广泛的应用,加工误差一直是研究的热点。为了解决在光学加工容易出现加工误差这一难题,对非球面镜的加工方法进行了深入的研究。通过采用CNC数控铣磨机进行光学非球面加工,分析砂轮转速、工件转速、进给量和冷却液等因素对加工误差的影响规律,研究出合理的误差修正补偿方法——砂轮直径补偿法和沥青抛光模修正法,并对该补偿方法进行了实验。经实验,PV值为0.245μm,表面粗糙度值为0.0160μm。结果证明此方法能有效的减小加工误差带来的影响,从而得到较理想的面型。     

数控气囊式抛光结构设计与非球面加工工艺技术研究

非球面光学元件由于具有改善系统成像质量、提高光学性能等特点被广泛的应用于各类光电产品中,因此如何抛光加工出高精度非球面元件成为国内外学者面临的难题.对数控气囊抛光方法抛光非球面元件的工艺进行研究,分析气囊抛光的加工原理,设计气囊式抛光头的结构,并对材料去除函数进行分析.在实验过程中使用硅胶气囊与橡胶气囊对非球面元件进行抛光对比,采用轮廓仪测量非球面面型,并使用高倍放大镜检测表面质量.结果表明,利用数控气囊抛光方法可以加工出光滑的非球面表面,粗糙度为0.9nm,该方法是抛光高精密非球面光学元件的有效方法,且数控气囊抛光工艺具有可扩展性.     

非球面部分补偿检测系统的误差分析与处理

为了实现非球面通用化、高精度检测,提出非球面部分补偿法,并进行误差分析与处理.在光学设计软件ZEMAX中对部分补偿检测系统进行系统建模并优化,分析器件姿态误差及装调精度对重构非球面面形的影响.通过对系统误差的分析,提出基于系统建模的光线追迹与误差存储相结合的系统误差处理方法,将系统误差归为由系统建模得到检测光路的误差和由误差存储得到不含检测光路的干涉仪系统的误差.通过计算机仿真及实验证明,部分补偿检测系统采用该误差处理方法去除系统误差后,可以由逆向迭代优化重构(ROR)技术重构出更精确的非球面面形.将该非球面面形与采用无像差点法得到的面形对比,结果较吻合,均方根(RMS)精度接近0.02λ(λ为波长).     

超大口径凹非球面反射镜的动态干涉测量技术

为了克服超长光路造成的振动和大气扰动的影响,采用动态干涉测量结合补偿法进行超大口径凹非球面的精密检测.通过分析超大口径凹非球面反射镜检测的难点,采用动态干涉仪克服检测中振动和大气扰动,并利用Zemax光学设计软件,以口径3.5m的凹非球面反射镜为例设计了干涉补偿光路.误差分析结果表明,采用动态干涉仪和补偿法进行超大口径凹非球面反射镜面形检测,不仅可以克服振动和大气扰动的影响,还能达到λ/90以上的检测精度.     

Research on CNC Turning System of Aspheric Machining Grinding Wheel

The technology of machining aspheric surface with high precision is the premise for the application of aspheric surface. The grinding machining with error compensation is a commonly used method to machine aspheric surface, which will directly influence the quality of aspheric workpiece surface. Multifunctional CNC grinding wheel truing system is a four-axis CNC truing system which can be applied to grinding wheel truing. In this system,DSP-based multi-axes motion control card is adopted as the controller, and visual C is used as development tool.When the design of hardware and software is completed, the system can implement truing of various grinding wheel with high precision aspheric machining such as plane gripding wheel, arc grinding one, and sphere grinding one.     

大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究

针对大型光学非球面制造难度大的缺点，根据非球面的轴对称性，在对非球面方程及曲率分析基础上，采用简便的二轴联动超精密磨削机床，给出两种砂轮加工光学非球面的几何模型，分析了形成光学非球面造型误差的主要影响参数，并通过计算机仿真，得到一系列有价值的结果，即：(1)调整平行砂轮安装角以获得最大行程，可明显提高加工效率和精度；(2)为提高加工精度与效率，在保证砂轮形状精度前提下，带角圆砂轮应采用较大的角圆半径；(3)在加工效率、精度以及质量的稳定性上，带角圆砂轮比平行砂轮有显著的优势；(4)平行砂轮加工成本低，在缓变非球面的粗磨阶段，可用其以较小的安装角度达到加工要求．从而为提高加工效率与精度提供工具选择的依据．     

非球面并联仿形磨床的靠模原理与误差分析

本文介绍了并联仿形法加工光学非球面的靠模原理,并提出了一种加工测量一体化的非球面磨床的总体结构.运用齐次坐标转换法,对磨床的误差传动链进行了详细分析,建立了误差方程.结合实际,若线误差取0.2μm,角误差取0.2,″则最后的加工精度,按概率法合成可达1.65μm量级,具有实用价值.     

硫化锌晶体加工工艺技术研究

随着军用光学仪器飞速发展,红外光学材料硫化锌（ZnS）广泛应用于红外光学系统中,以Φ35mm的硫化锌晶体为例,对硫化锌晶体加工研磨的工艺过程进行了研究,探讨了硫化锌晶体的抛光技术。通过使用不同的抛光粉及抛光模层材料,找到了使用数控抛光加工硫化锌晶体的最佳工艺匹配条件,解决了硫化锌晶体表面光洁度难以控制的加工技术难题。经过轮廓检测仪和Zygo干涉仪检测,硫化锌晶体表面光洁度达到III级以上,非球面面型精度能够达到0.2μm,中心偏差小于1μm,各项参数均满足红外光学系统的要求。     

Clarification of abrasive jet precision finishing with wheel as restraint mechanisms and experimental verification

According to the critical size ratio for the characteristic particle size to film thickness between grinding wheel and work, the machining mechanisms in abrasive jet precision finishing with grinding wheel as restraint can be categorized into four states, namely, two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet machining and fluid hydrodynamic shear stress machining. The critical transition condition of two-body lapping to three-body polishing was analyzed. The single abrasive material removal models of two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet finishing and fluid hydrodynamic shear stress machining were proposed. Experiments were performed in the refited plane grinding machine for theoretical modes verification. It was found that experimental results agreed with academic modes and the modes validity was verified.     

单晶硅柱面反射镜的加工与检测

为了实现大尺寸柱面镜的高精度加工,解决这一领域面临的难题,对单晶硅柱面反射镜的加工和检测方法进行了深入的研究。本文采用古典工艺和现代工艺相结合的方法进行加工。首先,介绍了单晶硅柱面反射镜的加工过程,包括粗磨、细磨、抛光。然后,在此基础上,对抛光盘的制作和抛光液的选择进行了详细的阐述。最后,使用轮廓仪和干涉仪进行面形检验,对面形误差进行了分析。实验结果表明,尺寸为300×150×50mm,半径为4000mm的平凹柱面镜,加工后实际半径为4028mm,面形误差P-V值为0.15μm,光洁度为Ⅲ级。各项数据均达到了图纸的精度,满足了光学元件的使用要求。