实例推理在光学加工参数优化中的研究与应用

为解决光学加工CCOS模型固有的缺陷,将实例推理CBR引入到光学加工中.给出了CBR中光学加工实例的具体表达形式,并对CBR系统中的关键技术一一匹配算法,即相似度的求解进行详细的说明,在此基础上,建立了CBR原型系统.实践证明,该系统运行良好.     

光学非球面度的探讨

非球面度是描述非球面光学零件的重要参数,其值大小将影响到采用的加工方法、加工量的大小等.本文分析了几种非球面度的定义,研究了不同定义方法对采用计算机控制光学表面成形法指导加工的影响,从光学零件加工的角度探讨了光学非球面度的合理确定.     

高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测

为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。首先,描述了离轴三反消像散(TMA)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSGJ非球面数控加工设备。最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017λ(均方根值,λ=0.632 8μm);用Leica经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4″,满足光学设计技术指标要求。     

Numerical Simulation on CCOS Controllable Variable

On the basis of Preston hypothesis, the motion relationship between tool and workpiece upon the tool‘s motion in planar model is analyzed. The effect on computer controlled optical surfacing (CCOS) caused by controllable variable is simulated except for the dwelling time, thus, some reference on theory is provided to optimize the former numerical control (NC) model, and fast manufacturing of large departure aspherics is realized.     

数控光学成形的计算机模拟及工艺实验

本文详细介绍了以控制磨头驻留时间为基础的CCOS基本原理、计算机模拟软件和工艺实验,为CCOS数控机床的设计提供了理论参考和实验依据,同时也提供了CCOS计算机模拟的实用软件及合理的工艺参数,为进一步研究这一技术打下良好的基础。     

CCOS技术中去除函数的提取算法研究

针对计算机控制光学表面成形技术中去除函数的实验法建模问题,研究了抛光工艺中去除函数的提取算法。首先,对干涉检验得到的XYZ格式数据文件进行解析并针对其特点设计了相应的数据结构;然后,研究了去除函数的提取算法,并在此基础上研究了提取算法存在的误差以及降低误差的处理办法。在对去除函数的定性提取外,定量计算了去除函数的三个技术指标;最后,进行了去除函数测试实验并利用本文所述的提取算法进行去除函数提取及定量计算。本文所述算法可以用于去除函数的实验法建模并用于驻留时间的优化求解过程。     

光学镜面离子束加工的可达性

提出了离子束加工可达性问题的理论描述和定义,分析了驻留函数解的存在条件,进而分析了采用不同直径的离子束去除不同频率面形误差时额外去除量的大小,最后进行了仿真验证。分析结果表明,对于高斯型的束函数,驻留函数解总是存在的。但是面形误差频率越高,驻留函数解越大,去除面形误差时去除的额外材料越多。额外的材料去除量随着离子束径和空间误差波长之比(d/λ)的增加而指数增加。当d/λ=0.5时,额外材料去除量为15%,还是可以接受的;当d/λ=1时,额外材料去除量迅速上升到73%,该值即很难被接受。理论分析和仿真结果表明,为了优化加工过程,d/λ应该＜0.5。     

基于变压力的CCOS光学研抛技术

在非球面及自由曲面加工中,应用最为成熟的是计算机控制光学表面成型(CCOS)技术。现有CCOS技术普遍采用恒压力研抛方法,加工过程中研抛压力保持恒压,通过控制驻留时间实现所需的去除量。本文研究了基于变压力的CCOS研抛方法,增加了调控维度,通过同时控制研抛压力和驻留时间实现所需的去除量。首先,对该方法建立了加工控制的数学模型。然后,测量分析了磨头输出力的稳定性和响应速度,去除函数的稳定性。最终,在K9材料平面镜上开展了正弦压力抛光的材料去除实验。结果表明,实测与理想正弦研抛压力周期一致,力误差标准差约为0.35 N,对去除面形PV和RMS的影响均不到9%;实际与仿真加工的面形轮廓周期一致,加工区域的面形误差在17%以内。本文实现了变压力研抛,验证了基于变压力的CCOS研抛方法在光学加工中的有效性。     

Frequency-domain analysis of computer-controlled optical surfacing processes

Mid-high spatial frequency errors are often induced on optical surfaces polished by computer-controlled optical surfacing (CCOS) processes. In order to efficiently remove these errors, which would degrade the performances of optical systems, the ability of a CCOS process to correct the errors have been investigated based on the convolution integral model in view of the availability of material removal. To quantify the ability, some conceptions, such as figure correcting ability and material removal availability (MRA), have been proposed. The research result reveals that the MRA of the CCOS process to correct a single spatial frequency error is determined by its tool removal function (TRF), and it equals the normalized amplitude spectrum of the Fourier transform of its TRF. Finally, three sine surfaces were etched using ion beam figuring (IBF), which is a typical CCOS process. The experimental results have verified the theoretical analysis. The employed method and the conclusions of this work provide a useful mathematical basis to analyze and optimize CCOS processes. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Project) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50775215)     

光学抛光中模具磨损的计算机控制补偿

模具的磨损消耗对计算机控制光学表面的抛光工艺影响甚大,但在实际加工中不利于将工艺中断来重新调整加工的零点以对模具的磨损进行补偿。因此本文提出了一个指数形式的模具磨损函数,并依此对Preston方程进行了修正,达到了实时补偿模具磨损的目的。通过实验确定了该函数磨损时间常数值并将该方法用于计算机控制的抛光和误差修正。实验证明,采用该方法进一步提高了计算机控制光学表面成形工艺的模型精度。