运动轨迹对抛光误差的影响分析和轨迹优化研究

针对现有光学加工抛光头运动方式由于光栅形或螺旋形等对称扫描方式带来的运动轨迹间的迭代误差,提出随机轨迹抛光运动方式.随机轨迹方法通过随机轨迹算法随机生成镜面离散点的抛光顺序和抛光轨迹,采用随机轨迹驻留时间补偿方法控制镜面离散点的驻留时间,对各个点进行相应大小的材料去除.实验结果显示,随机轨迹方法产生的抛光运动轨迹表现为...     

3mm厚大口径超薄元件双面抛光工艺北大核心CSCD

基于环摆双面抛光技术,研究了3mm厚大口径超薄元件的双面抛光加工工艺。通过对双面抛光原理的分析,对转速比、抛光垫面形、抛光液等工艺参数上作了优化,并通过加工模拟进行验证。通过工件环分离器减薄技术解决了3mm厚超薄元件的装夹问题。在SYP152双面主动抛光机上进行了加工工艺实验,通过调节转速比实现3mm厚大口径超薄元件面形的高效收敛,验证了加工的可行性,并且达到了面形精度优于1.5λ(λ=632.8nm)、表面粗糙度优于1nm的技术水平。     

非固定环带随机双面抛光技术研究

提出了一种基于平移偏摆运动的非固定环带随机双面抛光的方法,通过设计平移偏摆装置使得工件运动方式脱离固定环带的限制,借助随机性运动进行迭代,解决了行星式双面抛光等固定环带抛光过程中产生的周期性轨迹问题;通过优化运动方式组合,在随机性运动叠加情况下实现了大口径超薄元件面形稳定收敛控制。与行星式双面抛光相比,不仅面形精度更好,而且没有明显的周期性加工痕迹。该方法可以应用到对表面激光损伤阈值有特殊要求的超薄件批量生产当中。     

基于环摆式双面抛光法加工预测模型的去除均匀性研究

针对环摆式双面抛光难以建立稳定去除函数并进行加工面型预测这一问题,提出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光加工预测模型,并通过预测模型分析不同参数影响下元件表面去除均匀性,针对不同特征面型给出优化策略以指导加工实验。首先,根据环摆式双面抛光机理,探究了环摆式双面抛光中影响去除均匀性的主要因素,提出了元件上、下表面磨粒运动学模型,结合Preston方程给出了基于磨粒运动学的环摆式双面抛光去除均匀性预测模型。根据实际加工工况,分析了不同抛光均匀性影响因素下的磨粒轨迹分布与抛光去除非均匀性,最后通过加工实验验证环摆式双面抛光加工预测模型。实验结果表明：环摆式双面抛光加工预测模型的预测结果与实际加工结果基本吻合,其面型去除特征相同。元件上表面是元件去除非均匀性的主要来源,通过改变中心偏心距、径向摆动距离等参数能改变元件上表面的去除非均匀性,从而影响元件整体面型特征,并实现基于预测模型指导下元件表面面型的快速收敛。     

基于梯度聚类离散思想的磁流变抛光自适应轨迹

针对磁流变抛光过程中抛光轨迹会引入迭代误差的问题,设计了步长和行距随光学表面梯度自适应变化的光栅线抛光轨迹。首先根据光学元件的表面误差分布,利用标准五点法获得面形各点的梯度值,再基于聚类离散思想将所有面形点根据梯度值大小进行了归类,从而得到轨迹步长和行距随面形误差变化的自适应轨迹。在自研的磁流变加工机床上进行了实验研究,将一块直径50 mm的微晶玻璃,从峰谷值为65 nm、均方根值为12 nm收敛到峰谷值为21 nm、均方根值为2.5 nm,并且在加工后的表面功率谱密度曲线上没有出现明显的尖峰误差。实验结果表明,这种自适应轨迹能有效抑制中高频误差。     

混方体系ANFIS-GA建模与优化框架及应用

混方(配方)问题是为了寻求一种多组元的组分配合，使其在一定工艺条件下获得的产物性能达到最佳。因涉及到组分含量限制、工艺条件、成本约束等特殊性，且实验或生产实际中所积累的数据多为离散和／或不完整数据，加之性能-组分-工艺参数之间的关系复杂，传统的建模与优化方法难以得到满意的效果，特别是要同时优化工艺参数时。     

在双抛机上实现板材单面抛光的加工技术

目前在光学冷加工市场有一定量的单面抛光板材的需求量,由于这种零件大多在要求只有一个面抛光的同时,对抛光面的面型有较高的要求,采用传统的粘接剂上盘在单轴抛光机上进行单面抛光的方法,由于拆胶后零件的应力变形,无法得到要求较高的面型。双面抛光技术由于两个面同时加工,可以很好地消除抛光面的应力问题,因此在薄板型零件加工中可以得到较好的面型,但只能得到双面同时抛光的零件。介绍了几种在双面抛光机上实现高面型精度要求的单面抛光板材的加工方法。     

双面共体反射镜结构优化设计与分析

为了满足某同轴四反红外光学系统中主四双面共体反射镜的性能要求,需要镜体在高轻量化率的同时具有更高的刚度,保持两个镜面面形稳定。该文采用拓扑优化的方法,以刚度最大为优化目标,约束设计域体积分数的方式对双面共体反射镜初始模型进行优化。优化结果表明,主镜面与四镜面通过以光轴为中心呈辐射形排列的筋板连接时刚度较高;通过自由尺寸优化获得主、四镜面和筋板的最佳尺寸参数;参考优化结果设计主、四共体反射镜,最终方案轻量化率达到82.4%。对主四反射镜模态及1g重力对面形RMS的影响进行分析,求得一阶频率达到417 Hz;1g重力作用下反射镜面形变化最大为λ/22（λ=632.8 nm）。分析结果表明,优化后的镜体刚度足够,且具有较好的抵抗重力变形能力。按照优化后的设计方案进行反射镜的加工和测试,主、四镜面形RMS实测结果均约λ/7,满足红外光学系统的性能要求,证明了本文优化设计方法的有效性,为双面共体反射镜的设计提供一定的借鉴作用。     

离子束抛光轨迹段划分及进给速度求解

针对光学元件高精度确定性加工,提出并实现了基于自适应步长算法实现离子束抛光轨迹段划分及进给速度求解。首先,对常规的等步长算法实现抛光轨迹段划分所存在的诸多问题进行了重点分析。其次,针对这些问题,提出了等效驻留时间轮廓计算方法及自适应步长算法,有效地避免了等步长法所存在的问题。然后,采用新算法对f600 mm平面反射元件进行了实例计算,经加工后,元件98%口径内的面形精度峰谷（PV）值由110.22 nm（/5.7,=632.8 nm）收敛至4.81 nm（/131.6）。最后,基于自研的离子束抛光设备,实现了光学元件在100 mm口径内面形PV值小/70的超高面形精度。     

降低表面波纹误差的加工轨迹优化方法

提出了一种降低光学元件表面波纹误差的加工方法。从中高频误差的产生过程出发,在常用的光栅型加工轨迹的步进方向上叠加一个随机扰动,通过破坏轨迹的规则性分布,有效抑制了特定频率的中频误差。利用信息熵原理,对生成的随机轨迹进行分析,得出其影响波纹误差抑制能力的关键因素——扰动幅值。在此基础上,对生成的随机扰动型轨迹进行平滑和改进,从而降低其对机床动态性能的要求,通过仿真模拟,验证了优化后的轨迹同样能够有效地降低光学元件表面波纹误差。     

大口径激光玻璃环抛光学沥青抛光胶

研制了四种不同沥青和松香含量的光学沥青抛光胶,对其形貌、针入度、玻璃化转变温度、软化点和粘度等参量进行了表征。从组成和结构分析了抛光胶三种物理状态变化原因,将玻璃化转变温度和软化点作为其临界转变温度。实验研究了四种抛光胶对大口径激光玻璃的抛光效果,发现抛光胶中沥青和松香的质量分数分别为30%和70%时,抛光效果比较理想,在像散和表面疵病控制方面能够满足要求,可作为大口径激光玻璃抛光专用胶。     

大口径激光玻璃环抛光学沥青抛光胶

研制了四种不同沥青和松香含量的光学沥青抛光胶,对其形貌、针入度、玻璃化转变温度、软化点和粘度等参量进行了表征。从组成和结构分析了抛光胶三种物理状态变化原因,将玻璃化转变温度和软化点作为其临界转变温度。实验研究了四种抛光胶对大口径激光玻璃的抛光效果,发现抛光胶中沥青和松香的质量分数分别为30%和70%时,抛光效果比较理想,在像散和表面疵病控制方面能够满足要求,可作为大口径激光玻璃抛光专用胶。     

铝合金表面的直接光学抛光实验

单点金刚石车削铝合金表面具有较好的表面质量和精度,但车削纹路会产生散射现象,难以满足高品质光学系统要求。对铝合金表面进行直接光学抛光可以去掉表面产生的车削纹路,提高反射表面的光学性能,分析酸性条件下和碱性条件下的铝镜抛光原理,采用新型抛光盘与抛光液对单点金刚石车削后铝合金表面进行抛光实验。实验结果表明:通过合理控制工艺参数,能够消除铝合金表面残留的周期性车削刀纹,并且不会产生新的表面划痕,得到较好的铝镜光学表面质量,测得的铝镜表面粗糙度Ra=2.6 nm。     

The angle-limited integrated scattering (ALIS) measurement system for in-workshop inspection of the optical polishing process

A simple angle-limited integrated scattering (ALIS) measurement technique is described. The relation between the measured scattering within a limited solid angle (ALIS) and the root-mean-square (RMS) roughness of the surface under test is investigated. The technique is applied to the in-workshop inspection of the optical polishing process.     

具有公自转运动模式的高效轮式抛光工具设计

为了提高光学加工效率,缩短大口径光学元件制造周期,本文提出了一种具有公自转运动模式的新型高效抛光方式,对其结构、工作原理以及去除特性进行了研究。首先,介绍了公自转抛光装置机械结构及工作原理。接着,根据Hertz接触理论和Preston方程进行了去除函数建模,讨论了不同转速比情况下的去除函数形状。然后,根据理论模型进行了去除函数实验、工艺参数实验以及稳定性实验,研究了压入深度、转速等工艺参数对去除结果的影响。最后,进行了200 mm口径SiC工件的仿真加工。实验结果表明:在2 mm压入深度、200 rpm转速情况下,去除区域直径为19.23 mm,体去除率达到0.197 mm~3/min,去除效率高于同等去除区域大小的传统小磨头加工方式;仿真加工结果表明:SiC仿真镜经过3.7 h加工,面形从3.008λPV,0.553λRMS提高到0.065λPV,0.005λRMS,收敛效率为达到98.18%。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

 为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

抛光对光纤连接器回波损耗的影响

分别选用氧化铝和氧化硅材料的抛光砂纸,在施加不同抛光压力、抛光时间,以及抛光助剂等工艺条件下,实验研究了抛光对连接器回波损耗的影响规律。通过实验发现:氧化铝砂纸干式抛光使光纤连接器的回波损耗仅保持在32～38dB之间;氧化硅砂纸干式抛光会造成光纤端面污损,使得连接器的回波损耗降低到20dB以下;氧化铝与氧化硅砂纸湿式抛光均可使光纤连接器的回波损耗提高到45～50dB,但氧化铝砂纸湿式抛光会造成80nm以上的光纤凹陷。因此,制作高回波损耗的光纤连接器应优先选用氧化硅砂纸湿式抛光工艺,抛光时间应控制在20～30s。     

超光滑加工的后置处理算法研究

为了精确控制超光滑加工过程中磨头的运动轨迹,从而实现光学元件材料去除的均匀稳定,研究了超光滑加工的后置处理算法。分析了超光滑加工工艺的特点和相应的超光滑机床的机械结构,建立了机床的坐标系统,构造了机床的运动学模型。对于光学元件母线为任意平面曲线的情况,研究了磨头运动轨迹的等误差直线逼近算法。在曲率半径为290mm,相对口径为1∶2.9的凹球面上进行了超光滑加工实验。结果表明,利用所述算法可以精确地控制磨头的运动轨迹,从而保证材料去除的稳定性。     

本征不对称光纤法布里-珀罗干涉仪的理论模型

应用光学和数学理论导出本征不对称光纤法布里－珀罗干涉仪中反射光与透射光的数学模型及低反射率法布里－珀罗干涉腔长度的变化与干涉光光强的数学模型,半指出当ｒ１１＝ｔ１ｔ１ｒ２＝ｒ,且ｔ１ｔ１＝１－ｒ１＾２≈２。则法布里－珀罗腔反射光间的干涉近似为两束等幅光的干涉;文章还给出了光电转换器输出与法布里－珠罗干涉腔长度变化的数学模型。这些模型为不对称光纤法布里－珀罗干涉仪的使用提供理论依据。