光学非球面自动对焦测量系统研究

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测试手段和所能达到测量精度。本文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测量精度,解决了制约非球面加工精度提高的测量问题。     

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.     

基于高精度非球面测量的数据采集与处理系统研究

本文根据高精度非球面补偿加工的要求,提出一种高精度非球面测量及数据处理系统。系统基于工控PC机和Windows98操作系统,用Visual C++作为开发工具,完成了硬件设计,数据采集与数据处理,非球面测量误差的评价。通过实验得到测量系统的随机误差,验证了系统的可靠性。     

大口径光学元件高精度平面磨床加工系统研究

以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,基于高精度平面磨床MGK7160的加工系统,详细分析了加工规划控制、计算机辅助制造软件系统开发、砂轮修整及动平衡、在位测量等关键配套工艺技术。在已有设备及配套工艺基础上利用400#粒度金刚石圆弧砂轮,实现口径400mm×400mm平面光学元件的加工,获得了较好的加工精度,验证了机床及加工技术系统的可靠性。     

圆弧金刚石砂轮的修形及修锐技术研究

针对圆弧金刚石砂轮加工非轴对称非球面的平行磨削法中砂轮的修形精度要求较高，通常使用的水平圆弧杯状砂轮修整器很难保证加工精度的问题，提出带倾角圆弧修整器的设计方法。通过对修整器接触弧长的计算，修形延后率设计和修形补偿方法的研究及实验表明：新型圆弧修整器可满足高精度非轴对称非球面加工的要求。     

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.     

圆弧金刚石砂轮三维几何形貌的在位检测和误差评价

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求,提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型,利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据;对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理,得到砂轮三维几何形貌。然后,根据非球面平行磨削加工特点,提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓,进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标,并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后,对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测,获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据:即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3mm,半径波动极差为0.16mm,中央±8mm环带内圆弧的圆度误差约为5μm,圆周跳动误差约为2μm,截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008mm。根据检测结果,进行了大口径复杂非球面磨削实验,得到的元件面形P-V值为4.62μm,RMS值优于0.7μm,满足工程的实际需求。     

高精度非球面加工双轴动平衡监控技术研究

提出一个智能型双轴动平衡监控系统, 针对高精度加工中工件和工具的振动会相互作用而影响加工效果,该系统同时对砂轮主轴和工件主轴进行平衡,集中处理工具和工件的振动数据,综合分析整个加工系统的平衡效果及工件的表面误差情况,从而达到减少工件加工误差,降低设备磨损,提高磨削加工精度的目的。实验结果表明,对振动数据的分析是正确的, 可实现高精度的非球面加工。     

非球面模芯ELID磨削系统的研制

针对非球面模芯超精密磨削加工问题,研制了在线电解修锐(ELID)磨削系统。该系统应用平行法磨削原理,用整形后的球头砂轮进行非球面模芯的超精密磨削加工;利用非球面模芯工件本身的导电性能,以铸铁结合剂CBN砂轮作为阳极,以模芯本身作为阴极,通过ELID电源参数(电流、电压、占空比)的合理选择,解决了CBN球头砂轮的修锐,稳定地实现了小口径非球面模芯的ELID超精密磨削加工。     

砂轮几何参数对非球面轨迹包络磨削的影响研究

针对非球面轨迹包络磨削过程中砂轮磨损而影响加工质量的问题,根据非球面轨迹包络磨削成形原理,分析了轴对称非球面、非轴对称非球面加工中盘形砂轮的几何参数对轨迹包络磨削加工过程的影响。分析结果表明:盘形砂轮圆弧截面的圆弧直径、砂轮宽度、砂轮直径等几何参数将直接影响到参与磨削的砂轮磨粒的数量。合理选择盘形砂轮的几何参数,可以有效地增加参与磨削的砂轮磨粒数量,从而减少盘形砂轮的磨损,这对于提高非球面轨迹包络磨削加工精度有着非常重要的意义。     

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。     

叶片进排气边智能磨削检测一体化系统

为了实现对叶片进排气边的高精度、高效率和高一致性的加工与检测,本文在光学扫描测量技术和柔性砂轮自适应磨削技术的基础上,搭建了叶片进排气边智能磨削检测一体化系统。该系统以智能制造的设计理念为核心,包括了在线测量系统、机器人系统、柔性磨削系统和智能制造控制系统等多个子系统。在应用过程中,首先采用光学坐标测量机对叶片进排气边进行快速的数字化测量并建立加工余量模型,然后在磨削专家系统的协调和控制下,利用工业机器人抓取叶片并执行磨削运动和叶片工位传递,最后在柔性砂轮上完成进排气边的自适应磨削加工,从而完成了进排气边的"测量-磨削-测量"的自动化全过程。本文在该系统上进行了叶片进排气边的磨削与检测实验,从而对系统的加工精度及加工方案的可行性进行了验证。实验结果表明,该系统的加工精度和效率能够满足叶片现代化生产的要求,具有很大的现实意义和实际应用价值。     

非轴对称非球面平行磨削误差补偿技术研究

针对非轴对称非球面的成形加工法柔性不足及球形砂轮加工法对工具和机械的要求太高的缺点,提出采用普通圆弧金刚石砂轮加工的平行磨削法。对于新方法加工中存在的加工误差问题,提出在非轴对称非球面加工中使用带倾角圆弧修整器及对主轴半径和副轴半径误差采用离线补偿的加工技术。通过理论分析和试验表明此方法可达到提高非轴对称非球面的加工精度的效果。     

非球面形状在线测定系统的开发

为通过在线校正法加工出高精度非球面表面，其中最重要的是准确测出工件偏差。另外，在线测量可提高各种机加效率。本文讲述的是一种在线非球面高精度系统。并已用于镜面，透镜以及二者模具的加工。该系统的特点是：（１０设置在研磨的探头，其对轴对称非球面工件表面的扫描由ＮＣ（数控）程序控制，（２）接触式蓝宝石探头由空气静压轴支撑，其对工件表面的测量偏差量由ＬＶＤＴ测定。在测量试验中，所用被测物是曲率半径为２２ｍｍ     

一种非球面面形测量操作法

针对常见的非球面面形测量问题,本文提出了一种新的非球面面形测量操作方法,并将此方法运用于生产加工过程,取得了很好的实践效果。本方法解决了直接面形轮廓法测量非球面的难题,同时为金刚石车床迅速高效加工高精度非球面透镜零件提供了先决条件。     

基于MATLAB砂轮形位公差检测系统的设计

砂轮作为一种重要的磨削加工工具,在高精密加工中应用广泛,随着对切削方法和切削过程的研究,人们发现砂轮的形位公差对磨削加工尤其是高精度磨削加工的精度有着至关重要的作用。为满足对砂轮的测量需要基于MATLAB设计了砂轮形位公差检测系统,系统的硬件部分主要包括机械结构、图像采集卡和工业相机及用于获取位置信号的传感器。在MATLAB环境下编写了图像的采集、灰度处理、二值化及边缘检测的图像处理程序,并通过现场标定,可以获得砂轮的直径,厚度、圆度、圆柱度、圆跳动等形位公差信息。结果表明,系统可以实现对砂轮外观图像的采集、分析与处理,能够满足对砂轮形位公差检测的要求。     

基于信息融合的精密磨削砂轮磨损状态在线识别方法研究

高质量非球面光学元件批量制造是目前精密磨削技术力求实现的目标。为了提高非球面光学元件精密磨削的加工效率,必须在加工过程中动态识别砂轮磨损状态,在砂轮接近或达到寿命周期时对其进行修整。寻求一种经济可行的方式,实现砂轮寿命周期在线评估,利用声发射、砂轮振动、磨削力等多种类型加工过程信号,提取和选择能够全面、灵敏反应砂轮磨损状态的特征,基于Dempster-Shafer证据理论,进行多源信息融合,实现精密磨削砂轮磨损状态在线识别。     

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.     

微小非球面光学模具单点斜轴误差补偿磨削

针对微小非球面光学透镜模具的纳米单点斜轴误差补偿磨削进行研究。通过分析比较传统的直交轴磨削法,提出微小非曲面光学模具的单点斜轴磨削方式,有效避免微细砂轮在加工微小非球面时发生干涉情况;采用单点恒定磨削方式提高微小非球面磨削的稳定性及精度。通过分析磨削区域内微细砂轮与微小非球面的干涉情况,从而合理计算并选用较高强度的微细砂轮。提出微小非球面误差补偿磨削策略,分析砂轮的对心误差(x轴向和y轴向)对形状精度的影响,采用法向残余误差补偿的方法对加工后的形状误差进行超精密补偿磨削。利用超精密磨床对口径为2 mm的超硬热压模具碳化钨材料的微小非球面进行纳米单点斜轴误差补偿磨削试验,经过三次超精密磨削及误差补偿循环,其形状精度PV从1 034 nm改善至146 nm,表面粗糙度达到Ra2.19 nm。     

复制法制造光学零件

复制法制造高精度的光学零件是最近发展起来并得到推广应用的新工艺。用这种新工艺不但可以经济地成批生产普通光学加工方法难以加工的高精度非球面光学零件,而且也能制造光学多面体、直角棱柱体(直角棱镜)和特殊结构的光学零件。本文叙述复制法的基本工艺过程、固化收缩的补偿方法、粘结强度,并介绍了典型实例及应用情况。