高Q值半球谐振子精密加工技术研究

半球谐振子的机械能量损耗包括材料本征损耗、空气阻尼损耗、支撑损耗、热弹性损耗和表面损耗等,直接影响了半球谐振子Q值。通过分析这些能量损耗的数学模型,总结出半球谐振子的关键技术指标是材料性能、形位精度和表面粗糙度。综合考虑半球谐振子的精度和工程化应用,提出了一套高精度半球谐振子加工工艺,经过精密磨削、精密抛光和化学抛光后,加工得到的谐振子球面圆度小于0.25μm,表面粗糙度小于15 nm,品质因数大于5.2×10⁷。对高精度半球谐振子加工和半球谐振陀螺制造工程化具有重要的指导意义。     

轨迹成型法加工球面光学零件面形精度分析

分析了轨迹成型法加工球面时影响零面形精度的多种因素，其中包括：工件回转轴与摆动轴不共面误差，工件回转轴与砂轮轴不共面误差，工件回转轴径向跳动、摆动误差，轴向窜动工件摆动轴的径向跳动以及砂轮的振动等因素对工件面形精度的影响。为了提高工件面形精度，首先应提高各回转轴和移动件的制造精度和减少配合误差，使其静刚度和动刚度提高，这是保证面形精度的最重要和基本的条件。     

大口径碳化硅反射镜高效磨削实时补偿技术

碳化硅陶瓷作为光学材料已在空间相机反射镜中得到了广泛应用,而在碳化硅反射镜磨削加工过程中,砂轮会产生径向磨损,导致砂轮的形状精度发生较大变化,这将直接影响碳化硅反射镜的加工精度和加工周期。为保证磨削质量,需要对砂轮磨削产生的误差进行补偿。通过工艺试验,获得不同加工参数和加工时间下的误差补偿值,再利用五轴联动数控机床并结合UG(NX)软件快速建立母线误差曲线的补偿模型,从而实现整个磨削过程中的磨削误差实时补偿。针对Φ1.6m口径碳化硅同轴非球面反射镜,经过磨削补偿加工后的反射镜面型误差PV为27.4μm,RMS为5.5μm,实现了轻质碳化硅光学元件的安全、高效、高精度磨削加工。     

子孔径范成法铣磨半球及超半球光学整流罩

为攻克高陡度球面光学零件成型技术，以半球及超半球红外光学整流罩为研究对像，提出了一种子孔径铣磨加工方法。对传统范成法铣磨成型理论进行拓展，将球面离散为一系列子孔径环带，砂轮沿环带“步进”运动，拼接成型得到完整的球面。分析了成型球面与三轴机床位置坐标之间的转换关系，对加工运动轨迹进行仿真，开展半径误差补偿验证实验及变速进给参数优化实验，提出变半径铣磨法解决超半球加工材料过切问题。对长径比分别为0.5（半球）和0.55（超半球）的热压硫化锌、镁铝尖晶石整流罩开展成型工艺试验，加工表面各点矢高差<4μm，表面粗糙度Ra<1.5μm。实验结果表明：该方法为高陡度球面加工提供了有效的解决方案。     

球面高速精磨模的修正

<正> 球面高速精磨模加工面的径向跳动量除依靠机床的跳动控制在0.01mm外,还要依靠基体模的径向定位基面保证主轴螺纹与基体模之间的同轴性。当机床的主轴径向跳动量达不到0.01mm,或机械加工的基体模球面径向跳动达不到适合高速精磨的精度时,可修正基体模球面和高速精磨模加工面,达到所要求的精度。修正的方法是先将基体模装到高速精磨机床主轴上,用百分表测量出要修正最大值方向,在钢球模与基体模用金刚砂对磨时,在最大值方向用手加压(凸凹基体模置钢模之上),加压之后再对     

几种铣磨误差的分析与控制

<正> 这里所谈的误差是指球面铣磨中出现的深菊花纹、边厚差和偏心。深菊花纹是由于筒形铣磨砂轮的径向跳动和轴向跳动引起的,这两种跳动主要是砂轮制造误差造成的。铣磨机轴自身跳动一般都很小,影响不大。这两种跳动除造成深菊花纹外,还造成不规则的非球面。实测表明砂轮轮缘处的径向跳动有时达0.5mm以上,轴向跳动达0.2mm,对玻璃的破坏层深度可达0.2mm以上,     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ3μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ2″.     

拼接式钢带光栅编码器测角误差分析与修正

针对望远镜对高精度测角技术的要求,分析了机械安装偏心、加工椭圆度误差、轴系晃动等对新型拼接式钢带光栅编码器测角的影响,并制定了相位差为90°的4读数头软件细分测角方案。在机械安装偏心为10μm、加工椭圆度为2μm、轴系晃动为0.6″的实验平台上进行了逆时针和顺时针测角实验,两组实验测角误差RMS值分别为0.393″和0.488″。实验表明：该测角方案能消除机械安装偏心、加工椭圆度误差等对测角数据的影响,实现了亚角秒级测角。     

大口径平面镜快速瑞奇-康芒测量法研究北大核心CSCD

瑞奇-康芒法是用小口径干涉仪检测大口径平面镜的主要方法之一。通过分析瑞奇-康芒法中球面参考镜半径、平面镜位置和瑞奇角误差对测量精度的影响,给出了3个参数的选择方法。针对瑞奇-康芒法测量时误差分离导致的测量效率低的问题,提出适用于加工过程的快速瑞奇-康芒测量法,仿真模拟该方法下被测平面镜位置、角度等定位误差对测量结果的影响,并设计实验对比验证。该方法与直测法测量间的最大偏差峰-谷值(PV)为0.0151μm,均方根(RMS)为0.0036μm,能够有效满足加工过程中面形快速测量需求。     

黑腔芯轴平台微细电火花加工技术

采用电火花成型加工技术,在黑腔芯轴侧表面加工平台。采用白光干涉仪对平台表面轮廓及粗糙度测量,结果表明:平面部分表面粗糙度小于0.5μm,最大峰谷高度小于15μm。通过奥林巴斯测力显微镜对平台尺寸测量,结果表明:平台的轴向尺寸加工精度可控制在±10μm,同一电极加工的平台尺寸一致性可控制在±2μm。分析了电极损耗对零件形状精度的影响规律以及平台表面粗糙度的影响因素,并通过负极性加工去除电极损耗对平台尺寸精度的影响。     

低空间频率组合计算全息元件检测深度非球面

计算全息元件(CGH)可实现光学非球面的零位干涉高精度检测,但深度非球面的非球面度以及非球面度梯度均较大,使检测所需CGH的局部空间频率偏大,加工困难。提出一种用组合CGH检测深度非球面的方法,该方法通过组合两个低空间频率CGH,实现深度非球面检测时所需的单个高空间频率CGH的功能。由一维线性光栅模型推导组合CGH与传统单个CGH空间频率的关系,并由此给出组合CGH初始相位,逐步优化可求得最佳相位。以最大非球面度193.434μm、最大非球面度梯度75.788μm/mm的深度非球面为测试样例,设计了单个CGH和组合CGH,残留波前误差均小于λ/250,组合CGH最大空间频率约为单个CGH的50%。设计了辅助装调CGH减小装调误差的影响,并分析了组合CGH之间俯仰倾斜偏差、中心偏差以及轴向定位偏差对检测精度的影响。     

条纹反射法检测光学反射镜面形

针对光学反射镜在精磨向初抛光过渡阶段时面形与理想面形存在较大偏差的问题,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足加工检测需求的问题,提出采用动态范围大且准确度高的条纹反射法来检测光学反射镜.研究分析了条纹反射检测系统的原理及系统误差,运用光线追迹软件对条纹反射检测100mm口径反射镜面形进行建模仿真,并对已经加工完成的100mm口径旋转对称球面反射镜进行了检测,测量得到的面形误差峰谷值及均方根值分别为0.523μm和0.086μm,满足该过渡阶段的检测需求.     

轴对称非球面超精密磨削的几何模型研究

超精密磨削轴对称非球面光学器件是提高加工效率和加工精度的有效方法。根据轴对称非球面的轴对称性采用了加工简便的二轴联动超精密磨床,给出了NC加工中的砂轮中心位置计算的几何模型,分析了加工中影响精度的主要误差源及所产生的误差,提出了相应的误差补偿策略,并给出砂轮形状改进方法。     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

 为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ＜3 μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ＜2″.     

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。     

三同心球光学系统跟瞄误差分析

针对独有的跟踪方式,具体讨论了激光通信三同心球光学系统的跟瞄方案,并进行了具体规划。通过对通信跟踪光路和通信接收光路的视场和精度分析,给出了二者的相关参数,作为Matlab理论计算跟踪像面轨道的依据。利用Tracepro软件模拟了引入相关误差量后的通信跟踪和通信接收像面光斑质心偏移和光斑大小变化情况。仿真结果显示:随着角度的旋转,通信接收的质心偏差在±4μm范围内,通信跟踪的质心偏差在±50μm范围内;通信接收像面光斑直径小于80μm,通信跟踪像面光斑直径均在400μm以内。系统所引入的误差在允许范围之内,不影响相关跟踪通信功能。     

球面散装轴承组成的精密轴系

本文叙述了跨度为120毫米精度达0.5秒(均方根误差)的球面散装轴承组成的精密短轴系的设计、加工工艺和装调,并叙述了获得这个精度的光学检测方法和检测结果。     

球形透镜表面特性数值分析

球形透镜表面在一些高精度的光学系统变得越来越重要,它们和其他透镜表面一样必须满足一样的质量标准。本文采用数值计算方法分析了球形透镜的表面特性,并以Snell定律为基础,建立了用于计算球形表面特性的公式。通过与已有的球面特性公式进行比较,采用该方法计算球形透镜表面特性的拟合误差小于1μm。     

抛物面反射镜光轴的确定

介绍了一种确定抛物面反射镜光轴的新方法。当抛物面反射镜绕着机械旋转轴旋转时,利用2束平行光(一束与机械旋转轴平行的光和一束与机械旋转轴成一定角度的斜平行光)经抛物面反射镜反射的像点运动,调整抛物面反射镜的位置,使光轴与机械旋转轴重合。理论分析结果表明：其定轴的倾斜误差不大于1′,平移误差不大于5μm。该方法可用于抛物面反射镜检验,也可用于抛物面反射镜的调校工艺中。     

矩形非球面圆弧半径误差分离及补偿技术

研究了砂轮圆弧半径误差对大口径矩形轴对称非球面加工的影响。采用直线光栅式平行磨削的加工方式,建立了砂轮圆弧半径的误差分离的数学模型,分析影响面形精度的因素,根据加工及测量方式将砂轮圆弧半径误差分离出来,利用分离的砂轮圆弧半径误差更新砂轮圆弧半径,同时采用分离后的误差数据进行补偿加工。实验结果表明:对比不分离的补偿加工结果,粗磨和精磨条件下的分离误差补偿加工后的面形误差分别减小了14%和35%,该误差模型能够有效地分离出砂轮圆弧半径误差,分离误差效果明显,提高了加工的精度。