大口径光学元件的机械手抛光

为满足大口径光学元件多模式组合加工技术(MCM)的需要,研制了JP-01型数控抛光机械手。该机械手采用柱坐标结构,ρ-θ极坐标运动方式,ρ、θ两轴联动完成MCM加工所需各种运动。运用齐次坐标变换理论和Preston方程,在分析机械手抛光过程中工件表面上任意一点的相对速度、压强及抛光时间的基础上,建立了机械手抛光的材料去除数学模型,同时求解了JP-01型机械手的位姿转换矩阵。运用所建立的数学模型对MCM加工中修正环带误差和局部误差时单个抛光盘常用运动模式的材料去除特性进行了计算机模拟。应用JP-01型机械手对一口径为240 mm,F数为1.5的球面反射镜进行了确定性抛光实验,最终面形精度达到14.6 nm(RMS)。实验表明,所测得数据与理论分析数据吻合,建立的数学模型能真实反映材料去除分布特性,可以指导抛光实现确定性加工,JP-01型机械手能够提供MCM加工所需运动形式。     

大口径平面光学元件的磁流变加工

为了实现大口径平面光学元件的高精度加工,开展了磁流变加工技术的研究。介绍了磁流变加工原理及去除函数的数学模型。根据磁流变加工的特点,建立了元件整体加工的工艺流程,给出了元件加工的工艺要素。然后,开发了抛光斑的提取软件,并基于轨迹段划分的速度模式开发了工艺软件,分析了工艺软件的各项功能模块。最后,基于元件加工的工艺流程,对一件800mm×400mm的元件进行了加工实验。利用检测设备测得了元件的低、中、高频的加工指标,其低频反射波前PV值为34nm,中频波前功率谱密度(PSD1)值为1.7nm,高频粗糙度Rq值为0.27nm。实验显示了较好的实验结果,验证了利用磁流变加工技术实现了大口径光学元件的高精度加工的可行性。本文还阐述了磁流变加工技术在高功率激光元件中应用的优点。     

普通平面磨床上实现精密磨削探讨

为实现在普通平面磨床上进行精密磨削这一目标，文章从磨床检验、磨削用量、砂轮的选择、砂轮的平衡及其修整、系统冷却等方面提出了一系列必要措施。     

大口径光学元件透反射检测调整工装的研制与分析

为了检测光学元件面形精度和波前功率谱密度,研制开发了一套具备透射和反射检测功能的检测调整工装。该调整工装把光学元件及其旋转板、支撑座的重量通过连接板和杆端球面联结器传递到基座上,俯仰调节机构和偏摆调节机构只起调节作用而不需承受上述重量的影响,增加了姿态调节时的便捷性和稳定性。介绍了调整工装的结构设计,对调整工装的运动仿真、模态及稳定性进行了分析。使用该工装测量的结果为,410mm×410mm的大口径光学元件反射检测的PV为2.17μm,透射检测的PSD1为3.84nm,与已知测量结果的标准KDP晶体基本相同,说明该透反射检测调整工装测量结果真实可靠。     

大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

大口径,高精度光学透镜的光胶工艺技术

介绍了大口径、高精度光学透镜光胶对光学元件的技术要求；光胶环境要求；光胶的偏心调整原理及工艺技术方法；并给出了实验结果。     

大口径光学元件斜入射反射波前误差测量和计算

针对测量高功率激光驱动装置中大口径矩形反射光学元件的波前误差时测量角度和使用角度不完全相同引入的测量误差,提出了将测量角度下的反射波前转换到使用角度的反射波前的换算及恢复方法。首先分析了将斜入射测量角度下的波前转换到使用角度下波前的余弦换算方法,得到了实际测量角度与实际使用角度下的波前误差计算关系;然后计算并分析了双三次插值算法本身引起的中频PSD1(功率谱密度)误差,指出在满足有效口径测量的情况下,选择的入射角度应该与实际使用的角度尽可能的相接近。最后,基于410mm×410mm的熔石英反射镜开展了误差分析和实验验证。利用该方法将0°反射波前换算到45°反射波前,并将得到的测试结果与45°直接测量得到的测试结果进行了比较。结果显示上述结果的PV值相差0.01λ,RMS值相差0.003λ,PSD1值相差0.08nm;表明该换算方法不仅能够准确计算出使用角度下反射波前的低频误差,而且能获得相对准确的中频段PSD1误差。     

大口径大曲率半径光学元件的高精度检测

针对目前已有的光学检测设备无法实现大口径大曲率半径光学元件高精度检测的问题,提出利用长程轮廓仪(LTP)来进行大口径大曲率半径(正、负)光学元件的精确测量,并通过实验证明了L,TP检测大曲率半径光学元件的优势.分析计算了LTP测量曲率半径的算法精度,设计了合理的机械结构进行旋转测量,得到了全口径的曲率半径分布.最后与球...     

大口径高精度四维调整工作台设计

为了解决大口径高精度光学元件加工和测量过程中的调整问题,研发了一台SWTZT-1400高精度四维调整工作台.文中以四维调整的坐标转换为基础,阐述了四维调整工作台的调整原理,并对大口径高精度四维调整工作台进行了设计.为保证工作台高效率、高精度和高稳定性的调整,工作台整体采用双层结构形式,调平采用八点支撑结构,并配置高可靠性的调心调平锁紧机构,该工作台的上台面直径为1 400 mm,其平面度≤0.01 mm,x、y向的调心范围为±25 mm,x、y向的调心误差为0.1μm,x、y向的调平范围为±3°,x、y向的调平误差为10″,可实现大口径高精度光学元件的加工、测量和精密修配中工件装夹位置和角度的精确微量调整,提高光学元件的制造和测量精度.     

F-Theta自由曲面透镜的精密与镜面磨削

针对光学玻璃的F-Theta自由曲面透镜加工困难等问题,提出将金刚石砂轮的椭圆环面代替圆环面,进行F-Theta自由曲面磨削加工,研究形状误差的补偿磨削方法和光学玻璃的镜面磨削工艺。根据F-Theta透镜的自由曲面建立砂轮与工件相切的刀具轨迹法向算法。采用#46粗金刚石砂轮修整成椭圆环面,提出自由曲面磨削的法向误差补偿加工模式。最后,采用#3000超细金刚石砂轮的椭圆环面进行轴向磨削试验。试验结果表明:传统的垂直误差补偿磨削可减小面形误差45.9%及其PV值11.6%;而新提出的法向误差补偿磨削可减小面形误差47.9%及其PV值41.5%。此外,超细砂轮磨削可使得自由曲面的粗糙度达到28 nm,其镜面磨削工艺有别于较粗砂轮磨削工艺。因此,椭圆环面砂轮的法向补偿磨削是提高自由曲面加工精度的有效方法,而且,无需研磨抛光就可以实现光学玻璃的自由曲面镜面磨削。     

在普通磨床上磨削高精度锥面

在普通万能外圆磨床上磨削多个高精度锥面是一个难点,本文重点介绍了砂轮角度精确修整器以及采用它在普通万能外圆磨床上实现高精度锥面磨削的工艺。     

超精密大尺寸光学玻璃平面磨床的研制

光学玻璃广泛应用于激光技术、光电通讯、航空航天以及国防工业等领域。上海机床厂有限公司开发了超精密大尺寸光学玻璃平面磨床,对该磨床的结构及相关技术进行了介绍。     

磨削技术的新进展──硬脆材料光滑表面的超精磨削

阐述利用超细粒度金刚石砂轮进行硬脆材料光滑表面起精磨创的现状，提出获得硬脆材料光滑磨削表面的主要技术措施。     

大中型光学元件高效精密磨削技术研究综述

近年来,大中型光学元件(包括平面、球面、非球面及自由曲面)在大型天文望远镜、高功率激光核聚变装置及精密光学测量装置的应用日益广泛,其大批量生产需求驱动了高效精密磨削技术的长足发展。然而,超精密大中型光学元件的短周期、大批量生产对现阶段光学制造能力提出了巨大挑战,同时也推动着其磨削装备技术和磨削工艺技术向更高效率、更高精度及更高自动化水平的方向发展。系统总结大中型光学元件磨削装备技术中机床整机、主轴单元、进给工作台、数控系统和磨削工艺技术中脆性材料塑性去除机理、磨削工具、磨削液及其注入方式、工艺路线规划、检测、误差建模及补偿、环境监控等技术的研究现状,并对上述关键技术问题进行详尽的分析。同时,提出解决上述问题的可能性对策,预测和展望大中型光学元件高效精密磨削技术未来发展趋势。     

ELID镜面磨削砂轮氧化膜生成机理

采用铸铁结合剂微细超硬磨料砂轮进行在线电解修整磨削时,ＥＬＩＤ砂轮表面产生的氧化膜起着极其重要的作用。研究了ＥＬＩＤ砂轮电解氧化膜的粘附强度、硬度、致密性、导电性、生成速度与砂轮结合剂成分、磨削液成分和电解参数的关系。     

表面放电辅助修整金属基金刚石砂轮的温度场分析和放电参数优化

提出了一种新的金刚石砂轮的修整方法，即表面放电辅助修整金属基金刚石砂轮的方法；运用ANSYS有限元分析软件建立了修整过程中金刚石砂轮温度场的仿真模型，并通过VH-800三维数字显微镜观察放电后金刚石砂轮表面的微观形貌来验证仿真结果；在实验研究的基础上，优化了表面放电辅助修整金属基金刚石砂轮的参数设置。     

钢结硬质合金的精密镜面磨削技术的研究

入引了一种在线电解修整金属基超硬磨料砂办密镜面磨削新地钢结硬质合金进行了精密面磨削,得到了粗糙度为０．００３μｍ～０．０１１μｍ的镜面,一次磨削成形。效率高,可取代目前的多级研磨工艺。     

曲面圆弧包络磨削表面粗糙度特性研究

对曲面磨削表面粗糙度成型原理进行了分析,得出曲面磨削时其表面粗糙度由磨粒划痕和砂轮两步距间的残留高度构成。探讨了其分布均匀性的原理,揭示了各参数对其均匀性的影响。通过砂轮进给速度的变速控制,可以降低约60%的表面粗糙度波动率。根据理论分析可知,在加工凹曲面时,其理论残留高度值约为凸曲面的两倍。实际加工时,采用较小的砂轮进给步距或砂轮圆弧半径可达到凸曲面的表面粗糙度效果。     

熔融石英高效精密磨削技术的研究

熔融石英具有结构强度高,抗热振阻力功能强的优点,很适合用作天线罩材料。但其硬度高,（仅次于金刚石）、脆性大,很难进行精密加工。本文介绍了运用电镀金刚石磨轮于磨削技术,实现对熔融石英高效精密加工的磨削工艺。