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。     

光学非球面三坐标测量中的像散补偿

利用三坐标测量仪在光学非球面镜研磨与粗抛阶段进行面形检测时,测量结果常由于补偿程序不完善而出现像散误差。本文分析了非球面三坐标测量得到的数据,指出测量结果中出现像散误差是测头半径补偿不准确所致。然后,提出了一种离线数据处理方法对测量数据进行补偿来消除像散误差。该方法通过计算网格排列的测头中心点行和列方向的切向量得出曲面上每个点的法向矢量;根据测头半径计算出测头球心到接触点的偏移量,从而实现三坐标测量仪的三维测头半径补偿。球面样板实验显示这种方法可以将该样板测量中的像散峰谷值(PV)由4.921 9μm减小到0.065 2μm,基本消除了测量结果中的像散误差,提高了三坐标测量结果的准确度。实验结果验证了提出的三维测头半径补偿程序的有效性。     

非球面检测误差分析和误差补偿策略研究

针对非球面工件检测中的系统误差情况，通过分析各参数对工件形状精度的影响，提出了建立系统误差的数学模型解决测量误差的方案。应用计算机软件技术、误差理论及数据处理技术，完成了测量及数据处理系统软件编制，得到了有效消除工件表面测量误差的方法。对现有非球面工件进行误差测量及补偿的结果表明：所提出的解决测量系统误差的思路可行。     

光学非球面检测平台伺服控制系统研究

根据高精度非球面表面检测的要求，设计了一种用于微纳精度测量的光学非球面检测平台伺服控制系统。系统基于DSP芯片控制技术，采用Ti公司生产的TMS320F2812芯片为运动控制电路的核心；基于Windows操作平台和CCS2．0集成开发工具进行软件开发。系统设计的目的是实现平台的多轴运动控制及伺服运动控制系统的软硬件模块的扩展。通过试验和运动仿真对系统的稳定性和精度进行了分析，分析结果表明系统达到了较高的定位控制精度。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴(A轴)、砂轮旋转轴(B轴)、工件平移轴(X轴)、砂轮平移轴(Y轴)、砂轮回转轴(C轴)的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。     

光学投影式检测非球面器件的模拟计算

针对光学投影式检测非球面器件过程进行模拟,利用光学的基本理论和数学公式推导,对非球面度的检测过程进行了理论分析及精密计算,并对理论分析的结果进行了计算模拟,模拟得到的非球面度能较好地与理论结果相符合,模拟的精度达到了0.1nm。     

微机控制光学非球面加工

光学非球面加工控制系统是由主机IBM-PC与直接控制(单板机)两级组成的分布式控制系统。IBM-PC完成对非球面面形误差的分析与计算进而自动生成加工程序;单板机控制装置控制抛光机,带动抛光模按加工程序要求,在非球面表面运动。本文主要介绍数控装置的实现,系统安全,断电保护措施以及IBM-PC与单板机双机通讯等。 1.系统的组成及工作原理在光学系统中,应用非球面能够校正像差,改善像质,简化光学系统结构,减轻重量。因而在航空航天光学系统,天文观测,红外技术等诸多方面都有广泛的应用价值。但由于非球面加工与检测的困难,使其应用受到阻碍。对高精度的大型非球面,目前国内一般采用普通研磨抛光法,用刀口仪测量根据阴影图来定性判断误差,在抛光机上,由人工修正抛光模,来控制加工精度。     

非球面光学零件抛光技术

介绍了各种非球面抛光技术的基本原理及特点,供选择合适的抛光方法和技术时参考,并对此作了前景展望,指出了今后的重点研究方向。     

超精密光学非球曲面磨削系统的研制

为磨削加工出高精度,高质量的非球曲面器件,从理论上分析影响已加工表面粗糙度,轮廓精度的各种主要因素;设计研制一套超精密非球曲面磨削系统,其工件主轴,横溜板,纵溜板及磨头主轴均采用气浮形式,工件主轴的回转精度为０．０５μｍ,磨头主轴最高转速为８００００ｒ／ｍｉｎ,其回转精度为０．１μｍ,横溜板和纵溜板的直线位移分辨率可达４．９ｎｍ,而磨头中心高微调机构可实现０．１μｍ的精确微调;用已经研制成功的这套     

使用红外干涉仪测量非球面面形

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较这两个值,计算出非球面的面形偏差。实验结果表明,使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64μm(PV),与理论波像差(8.11μm)比较接近,测得非球面面形偏差为1.20μm(PV)。为了验证这一方法的准确性,使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面,两者测量结果比较吻合。结果表明,此方法有比较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的测试。     

离轴楔形非球面平行磨削及补偿技术研究

针对精密光学系统中对高精度离轴楔形非球面透镜的加工要求,提出采用由倾角可调三轴摆动式数控夹具系统和精密磨床数控系统(Computer numerical control,CNC)协调完成离轴楔形非球面透镜的高效加工方法。设计三轴摆动式数控夹具机构及控制系统相关程序,完成夹具制造及调整,在数控精密平面磨床上实现对离轴楔形非球面平行磨削加工。倾角可调夹具的设计简化原有的加工工序,提高加工效率。根据平行磨削加工原理对加工插补误差和工件形面误差进行模拟计算,结果表明:夹具旋转误差以及工件的形状尺寸会对加工精度产生较大影响。根据模拟结果和平行磨削方法原理,设计工件加工误差的在位补偿方法。通过平行磨削加工及补偿试验证明:在位补偿方法可以有效提高工件的加工精度。     

二次非球面光学零件的轨迹成形法加工新技术

主要论述轨迹成形法加工非球面光学零件新原理的基本思想、成形原理、机床的基本结构以及与数控加工比效率高成本低的优点。     

非球面柔顺研抛的边缘效应机理研究

在整个非球面柔顺研抛的过程中,如果运动速度、进给速度和外加压力都不发生变化,非球面边缘区域的研抛进给路径是其他区域的一半,所以理论上边缘区域去除量应该更少,但实验结果正好相反。针对该边缘效益,从研抛过程的基础动力学状态转换过程入手,重新研究了柔顺研抛的工艺过程,发现在边缘区域虽然加工时间以线性方式减少一半,但接触压力以二阶幂指数方式由原值递增至无穷大,决定去除效率的因素中,接触压力比加工时间更占主导,所以边缘区域实际去除量会更多。     

三维表面扫描机器人误差建模与补偿方法

对于三维表面扫描机器人系统,整个系统的测量误差主要来源于如下几个环节:机器人的本体定位误差、线结构光传感器的数据采集误差和手眼矩阵带来的误差。对于以上环节的各个部分,可以看成是局部过程。不论各个环节或部分的误差为多大,最后的误差均归结于所得到的测量数据。然而,整个系统的误差模型很难通过解析方法得到。为了提高系统的测量精度,通过微粒群径向基神经网络建立系统的误差模型,网络的输入选择激光条纹图像坐标系中的坐标,输出选择为经过迭代最近点算法配准后的最近点与测量点之间的误差。利用微粒群算法优化初始所得的神经元中心和宽度,在相同网络性能的前提下,压缩了网络的规模。在测量过程中利用所建立的误差网络模型将测量误差得以补偿,通过实际的试验验证该方法提高系统测量精度的有效性。     

一种新型非球面高效研磨方法的研究

针对目前非球面加工的难题，提出了一种利用弯曲成形法制作磨具来实现非球面高效研磨的新方法。阐述了弯曲成形法高效研磨的原理，建立了磨具弯曲成形的数学模型，分析了磨具成形的等距线误差。实验结果表明：采用弯曲成形法制作的磨具成形精度较高，面形精度达到微米级；采用该方法研磨非球面零件是可行的，能满足中等精度的非球面零件研磨加工要求；效率高、成本低，有很好的开发和应用前景。     

利用曲面计算全息图进行非球面检测

研究了利用曲面计算全息图进行非球面检测.分析了曲面计算全息图的衍射特性,给出了曲面计算全息图与传统检测方法相结合检测凹非球面和凸非球面的原理及特点,并进行了具体设计.利用激光直接写入设备,在口径为110mm、曲率半径为504mm的曲面基底上制作出了计算全息图,并对金刚石车床车削的凸面非球面进行了检测.利用两步测量法解决了凸非球面的中心部位难以检测的难题,同时利用旋转相减法消除了调节误差,非球面的面形精度为234nm(P-V),与金刚石车床的精度相符.