高精度中小11径非球面修抛技术研究

为实现高精度中小口径非球面的加工，介绍了一种非球面修抛技术。基于Preston假设，将抛光过程描述成一个线性方程，计算得到材料的去除量与抛光时间、抛光压力和零件转速之间的函数关系。设计了整体修抛法和环带修抛法两种方法，在数控抛光的基础上，对口径为Ф117mm的凹抛物面和口径为Ф17mm凸双曲面进行修抛，修抛后非球面的面形精度PV值为0．184μm，RMS均小于0．032μm，达到了工程化应用要求，实现了中小口径非球面的高精度加工。     

关于非球面制造技术的看法

列举了现代诸高科技领域对非球面光学系统的需求实例，如短波光学，空间光学，红外光学，微电子技术等。然后比较讨论了刀口阴影法与数字干涉检验的优缺点。在非球面修磨方法方面，首先肯定了计算机辅助加工是发展的方向，指出其主要优点在于“失误”造成的反复率大大降低。最后对非球面技术提出了总的看法，并对检测方法和修磨方法提出了几个研究课题。     

主动抛光盘磨制非球面镜面控制技术的研究

介绍了抛光盘机械结构和基本运动方式,探讨了主动抛光盘的控制系统和面形检测,重点对变形技术进行了数学分析,并给出了实验结果。根据实验结果分析了面形误差产生的原因,讨论了主动抛光盘的动态响应和校正,给出了直径910mm,焦比为F/2的实验镜面磨制结果。     

一种高效率小口径非球面数控抛光方法

自主设计研制的非球面数控抛光机采用气囊式抛光工具,可抛光100mm以下的非球面光学零件,针对口径35mm凹非球面透镜(顶点曲率半径R=-108.14mm的双曲面),研究了非球面的抛光工艺,并确定了相关工艺参数,抛光时间大约为20min,第二次次抛光后元件面形精度达到1.08μm,满足了该零件的使用要求。相对于现有设备美国Precitich公司的Microfinish 300型CNC非球面抛光机,该抛光设备实现了中等精度要求的小口径非球面元件的高效数控抛光。目前该抛光机已经成功地应用于某光学系统非球面零件的批量生产中。     

辛卜森积分在非球面光学系统自动设计中的应用

为了克服非球面（特别是高次非球面）光学系统自动设计中的严重困难，我们运用辛卜森数值积分及若干数学处理建造了一种全新的优化指标——辛卜森指标。为减少实际追迹光线的计算量并同时满足辛卜森积分对等距节点上函数值的要求，采用拉格郎日插值方法计算若干非常规抽样光线对应的垂轴像差近似值。事实证明，辛卜森指标的引用可以迅速改善很差的初始结构，大大减少优化过程中的慢收敛、发散、震荡或“无解”，实现快速而稳定的优化；将它用于预优化过程，可以为后续自动设计提供优异的“雏型”结构，还可从纯球面系统入手，自动设计出理想的非球面系统；利用它还可自动确定各非球面参数的合理的增量     

铜反射镜车削刀纹修抛工艺技术研究北大核心CSCD

单点金刚石车削技术虽然可以使铜反射镜获得较好的表面粗糙度,但同时也产生了车削刀纹,刀纹引起镜面光的散射现象,严重影响系统的光学性能。为研究去除铜反射镜车削刀纹的修抛工艺最佳参数,采用4因素4水平正交实验法,通过ZJP350平面精磨抛光机进行抛光工艺实验,以及Zygo Newview 8200白光干涉仪对铜反射镜的刀纹去除情况和表面粗糙度进行检测。结果表明:铜镜胶盘的方法会使铜镜表面产生划痕以及塌边现象,而阻尼布手工修抛法则可避免这些问题。实验得到了最佳修抛工艺参数,可使铜基反射镜表面刀纹去除,粗糙度平均值达到2.387nm,低于初始数据。证明该方法可在不破坏车削精度的前提下去除车削刀纹,对其他金属反射镜刀纹去除的研究具有参考意义。     

主动抛光盘磨制非球面的工艺与面形检测

主动抛光盘技术特别适用于磨制焦比大的深度非球面,能够根据需要对抛光盘面实时地主动变形成偏轴非球面来磨制非球面镜面。它具有较高的磨削速率和较大范围内的自然平滑(无切带)。用计算机控制磨制,可以像加工球面一样来加工一个深度的非球面。介绍了用国内首次研制成功的主动抛光盘对加工直径910mm、焦比F/2的抛物面镜的工艺方法的初步探讨,并给出了抛物面镜的检验方案和检测结果。     

基于PZT的非球面能动抛光盘设计优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。为优化设计基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,利用有限元分析方法,计算各驱动器的影响函数,计算非球面能动抛光盘的输出面形,与理论面形比较得到剩余残差。以优化设计驱动器排布方式和极头直径为例,当非球面能动抛光盘中心到非球面工件中心的距离L为120mm,分别计算比较,极头直径为Φ10mm时,19单元PZT圆形排布与21单元PZT方形排布的剩余残差;以及19单元PZT圆形排布时,极头直径为Φ10mm与Φ14mm的剩余残差。结果表明,非球面能动抛光盘产生变形后的剩余残差RMS相应分别为0.303μm、0.367μm、0.328μm。因此,基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘确定选用19单元PZT圆形排布且极头直径Φ10mm。     

基于误差递减修正法的非球面超精密加工

误差滤波和分离技术是超精密加工中的关键技术之一。采用误差递减法修正加工路径,利用修正的高斯权函数对测量表面进行滤波处理,设计并完成了整个误差递减系统,实现非球面的超精密车削加工,并在很大程度上提高其表面精度(P-V值)。通过实验验证,利用该加工方法,提高了加工效率,可明显地提高非球面的表面精度,最终达到面形精度小于200nm。     

光学非球面度的定义及其准确计算

本文提出了两个光学非球面度的定义,即加工用非球面度与标准面干涉检测用非球面度,建立了它们的数学模型,给出了计算实例。结果表明,本方法较圆满地解决了准确计算任意回转非球面度的问题,适用于高精度加工与检测非球面度的要求。     

高次非球面度的计算方法

简要分析过去沿用的二次曲面和高次非球面的非球面度计算公式存在的缺陷,介绍一种计算非球面度的波像差法,推导计算公式,并给出计算实例。该方法适于计算机编程,可用于任意次非球面度的精确计算。     

旋转对称非球面自动加工控制算法研究

介绍了计算机控制光学表面成型（ＣＣＯＳ） 技术的基本原理,对双旋转磨头的去除函数进行研究,研究了不同形状的磨头的去除函数特性,并在多次实验的基础上得到了最优的加工参数,在去除函数的基础上提出了模板函数的概念及算法。根据加工旋转对称非球面光学表面的特点,结合模板函数提出了一种基于同心圆磨头运动轨迹的控制算法。运用该算法对神光Ⅲ号打靶非球面透镜的一种工艺试样（ Φ３００ｍ ｍ ,Ｆ５－９ ,最大非球面度为４６μｍ） 进行自动加工,面型精度达到１λ（ＲＭＳ,λ＝ ６３２－８ｎｍ）,取得了满意的结果。     

大口径方形离轴非球面的非球面度计算与应用研究

采用不同的数值计算方法求解了大口径(340mm×340mm)方形离轴非球面的最接近球面曲率半径和非球面度,得出了各种不同的磨削量及其对应的分布结构。对不同的最接近球面及非球面度所适用的加工工艺和检测方法进行了分析和评价。这对离轴非球面的加工和检测具有一定的指导意义。     

非球面反射镜的复制

介绍制作非球面的几种复制法及复制工艺。简述复制法中的几项具体技术,指出复制技术的发展方向。     

光盘用非球面透镜的设计

关于以单透镜的两面为非球面的光盘用物镜已申请了很多专利。之所以其结构非常简单,还能进行多种多样的设计,取决于非球面有大的象差修正能力,也许由于没有确立以决定球面透镜为基础的理论之缘故吧。为了确定所希望的球面系统,本文以偏差和中心厚为变量导出厚透镜的三级象差系数的     

影碟机激光头非球面物镜的设计

本文首先介绍了影碟机激光头的工作原理,然后根据激光二极管的发光特性及刻录在光盘上表示信息的坑槽的细微结构,提出了使激光头物镜满足工作需求的光学设计要求。在非球面物镜的总体设计阶段,对物镜的焦距、口径等系统性能参数进行了确定,并针对系统要求提出需校正的像差种类。在非球面物镜的光学设计阶段,以总体设计的初始结构数据为基础,利用计算机进行非球面物镜的设计和优化,得到了满足各项要求的设计结果。文中给出了所设计的非球面物镜结构参数及像差曲线,并就该塑料镜片的工艺性进行了初步讨论     

离轴非球面在细磨与粗抛阶段的波面再现技术

基于付科法的离轴非球面波面再现检测技术,通过对付科检测过程的数学分析,建立了离轴非球面波面再现的数学模型,提出了波面整合算法,通过对两幅阴影图灰度值积分、去倾斜及波面整合等数据处理再现出被检离轴非球面的波面误差.在被检离轴非球面两个方向的弥散斑分别为0.152mm和0.284mm时,干涉检测得到其面形误差峰谷值为1.110μm、均方根值为0.194μm,且两种检测方法的波面轮廓相一致.实验结果验证了基于付科法的离轴非球面再现技术的正确性,可以应用于指导离轴非球面在细磨粗抛阶段的加工并且实现与精抛光阶段干涉检测的有效衔接.     

轴对称非球面透镜光轴共轴度的测量研究

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面,由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑,CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置;调整被测透镜位置,直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化,这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合;再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量,即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格,以及调整非球面透镜的制造工艺。     

非球面最适球面的确定方法——三点法

根据非球面生产的实际情况．指出非球面最适球面的确定方法．详细分析最适球面的计算方法．并对一抛物面进行了实例计算，通过与最小二乘法的计算结果比较．指出该方法具有计算简单、与加工工艺过程相符合等特点。