数控抛光非球面面形误差补偿技术研究

采用传统方法抛光高精度非球面时,多次面形误差补偿耗费时间占其抛光总时间的80%以上,严重影响非球面的加工效率。根据非球面的面形误差补偿原理,进行抛光非球面面形误差补偿的工艺实验。采用LOH-data-correct软件对非球面进行计算,并修正补偿其面形,可减少面形修正次数,降低成本,提高加工效率。     

高精度轴对称非球面反射镜轮廓测量方法（特邀）

为实现轴对称非球面反射镜轮廓的高精度、可溯源测量,建立了非球面测量轨迹的数学模型,提出了一种基于独立计量回路的非接触式坐标扫描测量方法。该方法采用分离式计量框架结构,有效减少了跟踪扫描模块运动对测量精度的影响;测头采用集成阵列式波片的四象限干涉测量系统,保证测头精度的同时更有利于实现复杂面形轮廓的跟踪扫描运动;设计扫描执行机构与多路激光干涉系统共基准的运动模块,实时跟踪扫描运动机构的位置信息,提高测头空间定位精度并使其测量值能溯源到“米”定义。搭建测量装置测试该方法的准确测量精度,试验结果表明,测量误差小于0.2 μm,重复性精度为70 nm,测量精度达到亚微米级。     

影响方形非球面光学元件加工精度的工艺研究

分析了方形非球面光学元件磨削加工中产生四角塌边误差的原因,计算了方形非球面光学元件磨削加工时砂轮轴系两种安装方式的磨削系统刚度,讨论了砂轮轴系安装的位置对加工精度的影响,进行了砂轮轴系两种安装方式的方形光学元件磨削试验,以及不同砂轮型号、工艺参数的磨削试验,确定了能够满足方形非球面光学元件加工精度的砂轮轴系安装位置结构及磨削工艺参数。     

高精密数控机床中840D数控系统双向螺距误差补偿的应用

螺距误差补偿在数控机床的使用中必不可少。随着数控机床精度的不断提升,高精密、超精密数控机床的出现,对螺距误差补偿方面的要求也越来越严格。由于机床零件加工、安装和调整等方面的误差,造成机械正反向传动误差的不一致。在高精密数控机床中,双向运动的不一致性很大程度上制约了机床精度的提升,单向螺距误差补偿已经无法满足机床的精度补偿要求,因此要对机床做双向坐标补偿,以达到坐标正反向运动误差的一致性。但是现在使用的主流数控系统西门子840D没有提供专门的双向螺距误差补偿功能。我们通过对西门子840D系统中的下垂补偿功能的分析研究,找到了一种方法,成功的解决了西门子840D进行双向螺距误差补偿的问题。     

光学非球面面形轮廓检测技术

随着科技的进步,尖端产品和先进光电系统对光学系统的成像质量要求越来越高,光学非球面元件能有效地校正像差、减少系统所需光学元件数量、减轻系统重量,因此被广泛应用。其特殊的面形特征决定了它的加工和检测相对于球面更加困难,而检测精度直接决定了加工精度,非球面检测技术的重要性显而易见。根据测量原理对光学非球面的检测技术进行了概述;根据目前直接面形轮廓法在光学非球面的加工中应用最广的情况,结合最新检测手段,重点介绍了非球面直接面形轮廓法测量技术;并介绍了近年来日益受到人们关注的自由曲面及面形轮廓法在自由曲面检测的应用;最后总结了光学非球面检测技术的现状和发展趋势。     

大口径非球面镜加工建模与控制技术

数控(NC)加工技术是解决非球面镜加工困难的一种方法。针对激光装置所使用的大口径光学玻璃非球面透镜,提出采用超精密磨削技术来实现高效、高精度的成型加工。通过加工实验研究了控制磨削切深和进给速度对表面加工质量的影响,寻找出大切深缓进给的磨削加工方式,改善了元件表面加工质量,有效抑制了加工过程引入的亚表面缺陷。开展了非球面补偿加工技术实验研究,采用等面形误差曲线补偿加工方法,能有效降低元件面形峰谷(PV)值,通过两次补偿加工,330 mm×330 mm非球面镜的磨削面形误差可控制在约3μm,获得较为理想的面形加工精度。     

基于模糊PID控制的晶圆精密磨削控制系统

根据晶圆自旋转磨削的特点,建立了基于模糊PID控制的精密磨削控制系统,该系统主要是通过模糊PID的方法调节磨削进给速度,以实现磨削时对磨削力的控制,并与普通模式进行了实验对比.实验结果表明,基于模糊PID控制算法的精磨磨削能够获得更稳定的磨削力和更高的磨削效率.     

基于泽尼克多项式系数的大相对孔径表面超精密车削误差的补偿方法

超精密车削误差补偿是提高超精密车削工艺水平的关键技术。首先对超精密车削中的各种误差进行了简单的分析与归纳,指出刀具刃口几何形状误差与机床导轨非线性误差具有相同的表现形式,可以通过车削零件的面形检测结果进行综合补偿。然后,提出了一种根据干涉仪检测结果对上述误差进行高精度补偿的方法,并进行了理论推导。最后的实验结果证明:基于面形误差泽尼克多项式球差及高级球差系数(最高到36项系数)对国产刀具刃口(波纹度误差大于0.2μm)与机床(Nanotech UPL250)系统误差进行综合补偿的方法正确而高效,仅3次补偿循环,即可使一大相对口径实验球面件的面形误差收敛到PV=0.24λ,rms=0.021λ,符合理论推导及计算机模拟的分析。     

干涉型计算机全息图检测非球面

本文从离轴参考束全息图的基本方程出发,介绍了干涉型计算全息图。分析了宽条纹和窄条纹干涉型全息图的特点并给出了检验结果。指出了波差近似计算公式的适用范围。给出了三组实际检验结果。实验表明,(-1,0)和(0, 1)级波面的干涉图是相同的,并给出了解释。     

Power spectral density measurement for large aspheric surfaces

To ensure the safe and normal operation of the whole optical system, it is important to test and evaluate the quality of optical components. The article explores the advantages and disadvantages of general parameters used in aspheric surface testing, the composition of the system,the principle of operation and the design of related power spectral density (PSD) software used in testing large aspheric surfaces with Shack-Hartmann and phase shifting interferometer. The results indicate that PSD can give the spatial frequency distribution of the wavefront aberration when large aperture phase shifting interferometer is used as an instrument to test the wavefront, and this can also be applied as an evaluation standard in testing the quality of optical components. In addition, this paper describes the test results of optical components in the size of 64 mm× 64 mm.     

非球面非零位拼接测量的对准误差模型

为消除非零位拼接检测非球面中对准误差对拼接结果的影响,建立了基于对准误差修正的优化拼接模型;在非零位检测非球面对准误差模型的基础上,分析对准误差各误差分量的表现形式及影响规律,并建立了基于对准误差补偿的拼接检测非球面的数学模型,实现子孔径的高精度拼接合成。实验表明,该方法可以有效地提高拼接测量精度,经过对准误差校正的拼接测量结果的PV值精度可达0.03λ。     

非球面光学设计技术综述

非球面光学在工业、国防和商业等领域的应用中具有十分重要的意义。当用非球面设计光学系统时,非球面方程的选用十分重要,决定着系统最佳优化结果。文章介绍了非球面光学技术的发展过程。分析了常用非球面的应用方程,井对非球面应用方程的特点及非球面系数的关系进行了概述,较详细地分析了各类非球面应用方程的适用范围,最后概述了非球面光学在军事、工业等领域的应用以及发展趋势。     

高陡度保形光学非球面环形子孔径检测方法

环形子孔径拼接技术检测大口径、高陡度光学非球面具有低成本、高效率的特点。提出一种基于最小二乘法和泽尼克多项式拟合的环形子孔径拼接方法检测高陡度光学非球面。研究了环形子孔径拼接算法的基本原理,对环形子孔径的划分方式进行数学公式推导及参数运算,建立被测非球面的有效数学模型。全口径的拼接结果与原始波面基本一致,二者PV和RMS差值分别为0.015 1、0.004 7(为632.8 nm),残差的PV和RMS值为0.043 5、0.005 2,验证该算法的有效性和准确性。     

在检验非球面中计算全息图的误差分析和误差测量

本文分析了在制作计算全息图时产生的误差来源,给出了测量误差的两种方法.     

红外制导技术在精确打击武器中的应用

为了提升导弹在复杂环境下的寻的制导能力,设计了一种红外与可见光双模式导引头光学系统。该方案中采用分光镜透射红外光反射可见光,使结构布局更加紧凑,实现红外与可见光共口径,同时配合红外材料选取,实现光学被动消热差设计。中红外模式视场角3°×2.3°,可见光模式视场角5°×4°,工作温度20℃条件下,双模式在截止频率处,MTF（Modulation Transfer Function）值均大于0.4。红外与可见光双模式光学系统适合应用于复杂环境的导弹制导,对温度有良好的适应性,具有较好的成像质量,满足系统的性能要求。     

大型非球面能动磨盘精磨技术

计算机控制能动磨盘加工技术是集传统加工技术、能动技术和数控技术为一体的大型非球面光学元件先进制造技术。基于Preston方程,通过对能动磨盘结构的研究,建立了工件的能动磨盘磨削函数;分析了能动磨盘分别位于工件中心孔和外缘处产生的边缘效应,并建立相应的边缘效应函数;由此得到用于描述能动磨盘加工的数学模型。在该模型的指导下完成了Φ1 200 mm（F/1.5）非球面主镜能动磨盘精磨加工,实现了主镜面形误差的均方根值从4.5 μm（峰谷值26.8 μm）收敛到0.36 μm（峰谷值2.8 μm）。