金属光学零件的精密加工

简单地介绍了金属光学零件的特点及其车削加工的原理。以具体实例说明了金属光学零件的精密加工过程,同时介绍了金属光学零件的测量方法。     

激光核聚变光学元件超精密加工技术的研究

论述了脆性材料延性加工机理。应用超精密加工技术解决了激光核聚变光学元件的大批量加工问题。研究了平面光学元件、KDP晶体和方形透镜超精密加工技术,给出了这三类光学元件超精密加工的工艺过程、机床设计准则和最佳工艺参数。     

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。     

平面调制靶的正弦波曲面超精密加工与表征

采用超精密车削技术加工微尺度正弦波调制曲面微结构,解决了尖刃金刚石刀具刃磨和刀具对中等关键技术,研究了进给量、背吃刀量和主轴转速等主要切削参数对铜模板表面粗糙度的影响规律。加工出波长为（20～150）m0.5 m﹑峰谷高度差为（0.2～20）m0.1 m的带正弦波调制曲面。采用原子力显微镜对模板表面轮廓扫描,在20 m20 m的范围内,其表面粗糙度均方根值小于10 nm。将正弦波调制曲面测量结果与理论轮廓进行比较,采用最小二乘寻优算法评定轮廓误差。完成了曲面轮廓的功率谱表征,利用加工的曲面微结构制备了平面调制靶,实现正弦波调制曲面轮廓的精确转移。     

平面调制靶的正弦波曲面超精密加工与表征

采用超精密车削技术加工微尺度正弦波调制曲面微结构,解决了尖刃金刚石刀具刃磨和刀具对中等关键技术,研究了进给量、背吃刀量和主轴转速等主要切削参数对铜模板表面粗糙度的影响规律。加工出波长为（20～150）m0.5 m﹑峰谷高度差为（0.2～20）m0.1 m的带正弦波调制曲面。采用原子力显微镜对模板表面轮廓扫描,在20 m20 m的范围内,其表面粗糙度均方根值小于10 nm。将正弦波调制曲面测量结果与理论轮廓进行比较,采用最小二乘寻优算法评定轮廓误差。完成了曲面轮廓的功率谱表征,利用加工的曲面微结构制备了平面调制靶,实现正弦波调制曲面轮廓的精确转移。

     

加工误差引入的薄型KDP晶体附加面形

针对惯性约束聚变（ICF）驱动装置中口径为400 mm400 mm薄型频率转换KDP晶体在45放置状态下产生的附加面形问题,采用有限元分析软件ANSYS,建立了以实测数据为基础的大口径薄型KDP晶体的应变模型和有加工误差的夹具模型,仿真分析了KDP晶体的加工误差和夹具的加工误差对KDP晶体附加面形的影响, 给出了KDP晶体附加面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对KDP晶体的加工误差及夹具支撑表面不同类型和不同大小加工误差的分析和比较,得出:KDP晶体边缘的加工误差和夹具支撑表面的凹型加工误差是引起较大附加面形的原因之一,KDP晶体的加工误差也会导致其面形变化不均匀,而夹具支撑表面的凸型、波浪形加工误差和压条表面的随机加工误差对KDP晶体附加面形的影响相对较小,且支撑表面的随机加工误差引起的附加面形变化介于其他两者之间。     

加工误差引入的薄型KDP晶体附加面形

针对惯性约束聚变（ICF）驱动装置中口径为400 mm400 mm薄型频率转换KDP晶体在45放置状态下产生的附加面形问题,采用有限元分析软件ANSYS,建立了以实测数据为基础的大口径薄型KDP晶体的应变模型和有加工误差的夹具模型,仿真分析了KDP晶体的加工误差和夹具的加工误差对KDP晶体附加面形的影响, 给出了KDP晶体附加面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上,通过对KDP晶体的加工误差及夹具支撑表面不同类型和不同大小加工误差的分析和比较,得出：KDP晶体边缘的加工误差和夹具支撑表面的凹型加工误差是引起较大附加面形的原因之一,KDP晶体的加工误差也会导致其面形变化不均匀,而夹具支撑表面的凸型、波浪形加工误差和压条表面的随机加工误差对KDP晶体附加面形的影响相对较小,且支撑表面的随机加工误差引起的附加面形变化介于其他两者之间。     

光学元件超精密气囊抛光关键技术研究现状

空间光学元件对面形精度和表面质量有着极高的要求,气囊抛光采用了新型的抛光工具和特殊的运动形式,是一种高精度、高效率的光学元件加工方法,尤其适用于非球面的加工,具有广阔的应用前景.分析了气囊抛光技术的基本原理及该技术的发展过程,介绍了气囊抛光相关技术的研究情况和实验结果,对几项关键技术的研究现状进行综述,重点介绍材料去除特性、驻留时间控制算法、边缘精度控制以及最新开发的喷液抛光技术的研究情况.     

大口径平面光学元件超精密加工技术的研究

为了解决激光核聚变装置中大口径平面光学元件的批量制造难题,将先进制造技术和传统抛光技术相结合,提出了一种新的工艺方法,即使用ELID(在线电解)磨削代替传统的铣磨和初抛工序,以提高生产效率。利用数控抛光将工件抛光至最终的面形精度,以提高生产效率和减少边缘效应。将连续抛光作为最终加工工序,使加工工件的表面粗糙度和波纹度达到工程要求。实验证明这一新的工艺方法是可行的。     

单点金刚石超精密车削快点火靶丸微孔精度控制北大核心CSCD

研究了单点金刚石超精密车削技术(SPDT)加工靶丸微孔中的精度控制方法,建立了靶丸微孔加工误差的仿真模型,并理论分析了不同误差因素对微孔尺寸误差的影响规律;根据误差分析结果提出了基于刀具阶梯进给运动方式的微孔精度控制方法,用以控制靶丸微孔精度;在单点金刚石超精密车床上进行了辉光放电聚合物(GDP)靶丸微孔的车削实验,实验结果表明:采用该精度控制方法,靶丸微孔尺寸误差和圆度误差分别降低了70.7%和87.5%,实验结果表明了所提出方法的有效性。     

光学非球曲面器件的超精密磨削加工技术研究

为磨削加工出高精度、高质量的光学非球曲面器件。详尽分析了砂轮的安装及半径等误差对零件加工精度的影响。设计研制出了一套非球曲面磨削系统 ,并用它进行了实验研究。实验结果表明 :要获得高精度的非球曲面器件 ,只有当金刚石砂轮的平均磨粒尺寸低于 10 μm ,并在采用较高的砂轮线速度和较小的进给量的情况下 ,才能实现光学非球曲面的超精密磨削加工 ,经过各种磨削参数的优化选择 ,其非球曲面最终的零件轮廓精度为 0 4 μm ,表面粗糙度Ra优于 0 0 1μm。     

衍射光学元件车削补偿技术的研究

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法,但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型,无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工,从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷,通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿,对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理,计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差,以此获得新的金刚石车削加工轨迹,实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验,最终使其PV值由10.4 m经过一次补偿加工后降为4.3 m。     

多模调制曲面超精密加工轨迹优化技术

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式。在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命。该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用。     

多模调制曲面超精密加工轨迹优化技术

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式。在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命。该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用。     

大口径光学元件检测中的主要误差及其影响

 使用PSD作为大口径光学元件的质量评价标准,标定了测试系统的传递函数,并讨论了在对ICF驱动器中所使用的光学元件进行检测时产生的几种主要误差,分析了这些误差在进行计算和分析时可能造成的影响以及消除的方法。     

大口径光学元件检测中的主要误差及其影响

使用PSD作为大口径光学元件的质量评价标准,标定了测试系统的传递函数,并讨论了在对ICF驱动器中所使用的光学元件进行检测时产生的几种主要误差,分析了这些误差在进行计算和分析时可能造成的影响以及消除的方法。     

Interferometric control of transmission and reflection optical elements

A simple method for interferometric control is considered that permits the control of optical elements of the transmission and reflection type. A universal control instrument is proposed. The results of experimental verification of the interferometric control method, which confirm the effectiveness of its implementation in industrial conditions, are reported.     

KDP晶体的杂质与光学性能分析

测量常规方法与快速方法生长的非线性光学KDP晶体紫外及近红外波段透射光谱性能,并测定了晶体不同生长区域杂质的含量,通过对实验结果的分析比较讨论了影响晶体紫外透过性能的因素;采用多脉冲平均方式测量了不同方法生长晶体在1 064nm及532 nm皮秒激光脉冲作用下的晶体损伤阈值,晶体的体吸收系数与晶体抗损伤能力的对应关系表明晶体内部的杂质与缺陷存在着明显的光吸收, 从而降低了晶体对高能量脉冲的负载能力。     

KDP晶体的杂质与光学性能分析

 测量常规方法与快速方法生长的非线性光学KDP晶体紫外及近红外波段透射光谱性能,并测定了晶体不同生长区域杂质的含量,通过对实验结果的分析比较讨论了影响晶体紫外透过性能的因素;采用多脉冲平均方式测量了不同方法生长晶体在1 064nm及532 nm皮秒激光脉冲作用下的晶体损伤阈值,晶体的体吸收系数与晶体抗损伤能力的对应关系表明晶体内部的杂质与缺陷存在着明显的光吸收, 从而降低了晶体对高能量脉冲的负载能力。     

甲基蓝-钛酸盐纳米聚合物薄膜的光谱和光学非线性研究

 为了满足光学非线性器件设备对工作材料的要求,探究具有高阶非线性效应的固态薄膜材料的制备方法,并对其光学特性进行表征,采用化学插入法,将甲基蓝染料分子插入到具有纳米量级的层状钛酸盐片间,制备了甲基蓝-钛酸盐纳米聚合物薄膜,通过吸收光谱和荧光光谱的测定,发现薄膜的吸收峰相对于染料溶液发生了明显的蓝移,表明染料分子在纳米片间是H-聚集排列。进一步应用单光束连续He-Ne激光Z-扫描技术研究了样品的非线性光学特性,结果显示：插入染料分子的钛酸盐纳米MB/HTO聚合物薄膜具有“负”的非线性折射率,在低功率连续激光作用下聚合物薄膜的非线性折射率系数n2的量级为10-10 m2/W。