机器人气囊抛光SiC光学元件加工特性研究

针对碳化硅光学元件已有的化学机械抛光、磁流变抛光、电化学抛光和催化剂辅助抛光等方式存在材料去除率低、成本高等问题,提出机器人气囊抛光方法,并对气囊抛光特性、抛光头机械结构进行了研究。首先基于Preston理论和赫兹接触理论以及速度分析建立了材料理论去除模型,并对去除函数进行了仿真,再此基础上设计了气囊抛光磨头装置。然后对非球面碳化硅元件开展了单点和多点抛光,实验验证了去除函数的精确性和稳定性。最后通过粗抛和精抛进行加工应用验证,实验结果表明,所提出方法能够有效实现碳化硅光学元件抛光,并且去除函数精度高稳定性强,通过3个周期的粗抛、4个周期的精抛,面形收敛率分别为69.4%、51.9%,且收敛速度快、加工精度高。     

光学元件气囊抛光去除效率影响因素研究

基于Preston方程分析了气囊抛光特性,确定去除函数的三个重要特征,即抛光斑尺寸、形状以及去除量,得到影响光学元件气囊抛光材料去除效率的主要参数.通过定点抛光实验,分析气囊充气压强、压缩量、主轴转速对BK7光学元件去除函数和材料去除效率的影响.结果表明:充气压强与压缩量对于气囊抛光去除函数的形状影响较大,去除效率随气囊充气压强增大先升高到2.08mm3/min后逐渐降低然后又升高,压缩量与气囊转速的提高增大了材料的去除效率,分别可以达到6.84mm3/min和5.04mm3/min.     

气囊抛光曲面光学零件工艺参数对抛光区特征影响的研究

首先介绍了气囊抛光的原理,然后在自行研制的气囊抛光实验样机上,对曲面光学零件进行了抛光实验,研究了进动角、气囊压缩量、气囊内部压力、气囊转速以及工件的曲率半径几个重要的工艺参数对球面光学玻璃抛光区影响情况,总结了各工艺参数对抛光区的影响规律,给出了曲面光学零件工艺参数合理的抛光区取值范围.     

磁流变抛光光学非球面元件表面误差的评价

正确评价抛光后光学非球面元件表面面形的波前畸变是确保实现光学非球面元件超精密制造的关键。该文提出了结合功率谱密度法和残余误差法并考虑非球面元件表面中频误差的综合评价方法。将提出的综合评价标准应用到磁流变数控抛光过程中,进一步明确了表面残余误差与抛光工艺参数之间的关系,建立了有效消除表面残余误差的抛光工艺规范。按照这一工艺规范制造出一块抛物面光学反射镜,其面形精度达到λ/30(λ=0.6328μm),残余误差为3λ/1000。该方法可为深入开展高精度磁流变抛光技术研究提供参考。     

光学非球面元件机器人柔性抛光技术

计算机控制光学表面成型技术在光学元件冷加工中占据重要的地位,是对平面及非球面光学元件进行最后阶段修整抛光的必要手段.现有的计算机控制光学表面成型技术大都基于数控机床来进行.随着机器人技术的发展和广泛应用,将机器人引入到光学元件数控加工领域是一种新的有效尝试.因此,对一种基于机器人的光学非球面柔性抛光技术进行了运动学分析,并建立了控制模型,利用控制模型进行工件加工,获得了较好的加工效果.     

球面光学零件抛光时的瞬时压强分布

把对坐标的曲面积分用于球面光学零件的压强计算，得到了瞬时压强的分布函数，分析了工艺参数及物理尺寸对压强的影响，指出了集中加载的弊端，为抛光机床的革新设计提供了依据。     

基于机器人技术控制大口径光学表面中频误差的方法

在分析中频误差形成原因的基础上,按照人工均匀修抛的工艺,提出了基于机器人技术控制大口径光学表面中频误差的方法,建立了机器人抛光的数学模型,研制了机器人加工工具。利用机器人对大口径光学表面进行了抛光实验,实验结果表明功率谱密度(power spectral density,PSD)明显减小,在0.2 mm-1处的值由24.15 nm2·mm降到2.61 nm2·mm,说明机器人抛光方法行之有效。     

气囊抛光机床自动对刀精度分析

因气囊头为半球形,其与工件相对空间位置关系无法直接用气囊头试切工件获得.因此,提出测头和对刀仪结合的自动对刀系统.通过对刀误差分析,找出该对刀方案的主要误差来源为B轴摆臂回转误差,进而提出使用测头来获取工件的摆放误差和中心点坐标,再利用对刀仪来确定测头和气囊头的相对高度关系的对刀顺序.相比于传统人工对刀,该方法在速度上有极大的提升,在X、Y方向的对刀重复精度均达到30μm,Z方向为5μm,分别提高了40%和50%,具有较好的工程应用价值.     

超精密气囊工具抛光方法的研究

针对气囊数控抛光获得高精密非球曲面零件的方法,分析了气囊抛光实验样机的结构、运动控制系统组成、柔性气囊的构成以及气囊进动运动方式和气囊抛光的加工原理.研究了气囊抛光工艺扩展可行性以及抛光过程中控制工件面形、表面质量和处理边缘效应的方法.研究表明气囊抛光工艺具有可扩展性.在试制的实验样机上进行了工艺参数综合实验,实验结果表明:利用气囊抛光方法可以加工出超精密光滑的表面,该方法是加工和制造超精密光学表面的有效方法.     

自动抛光凸区域上自由曲面的扫描路径算法

为了减小抛光加工的表面粗糙度和提高效率,构建抛光工具路径并均匀覆盖于三维曲面上,曲面的定义域为任意二维凸区域。扩展扫描方式根据曲面一个方向上的一组切割曲线的标准长度分布,灵活调整相应位置穿越的扫描线数量,既包含一般的贯穿曲面的曲线,又包含起点或终点在曲面内的曲线,与传统扫描方式相比具有很大灵活性。为优化扫描方向和确定扫描线的端点,给出了曲面立体光固化(STL)模型的边界提取算法。通过一个曲面的扫描路径建构实例,详细阐述了任意二维凸区域上扩展扫描的算法流程,包括曲面分割、点列筛选和路径点的连接等步骤。路径长度和相邻扫描曲线的间距分布,定量地表明扩展扫描方式可适应曲面形状变化并提高路径覆盖均匀度。     

自动抛光凸区域上自由曲面的扫描路径算法

为了减小抛光加工的表面粗糙度和提高效率,构建抛光工具路径并均匀覆盖于三维曲面上,曲面的定义域为任意二维凸区域。扩展扫描方式根据曲面一个方向上的一组切割曲线的标准长度分布,灵活调整相应位置穿越的扫描线数量,既包含一般的贯穿曲面的曲线,又包含起点或终点在曲面内的曲线,与传统扫描方式相比具有很大灵活性。为优化扫描方向和确定扫描线的端点,给出了曲面立体光固化(STL)模型的边界提取算法。通过一个曲面的扫描路径建构实例,详细阐述了任意二维凸区域上扩展扫描的算法流程,包括曲面分割、点列筛选和路径点的连接等步骤。路径长度和相邻扫描曲线的间距分布定量地表明扩展扫描方式可适应曲面形状变化并提高路径覆盖均匀度。     

降低电能计量误差的路径

电能计量故障及差错的发生,影响到客户所用电量的准确计算、电费的及时回收及线损的准确计算,因此预防和避免电能计量故障及差错,是电能计量工作的一项重要内容。本文在分析电能计量装置产生误差的技术原因基础上,提出了降低电能计量误差的具体路径。     

光学元件对光纤法—珀干涉仪影响的分析

分析光纤双法-珀干涉仪腔镜的倾斜角对干涉条纹的影响,腔镜横向错位以及倾角引起的光强损耗等。理论分析得出了必要的数据,指导了仪器的装调,使实验得以顺利进行。     

磁流变抛光头形状对加工表面粗糙度的影响

设计了4种不同形状的抛光头,并使用自制的磁流变抛光液体在三轴数控铣床上对K9平面玻璃进行了磁流变抛光工艺试验.分析了在不同的磁场强度、磁极转速,加工间隙等多种情况下抛光头形状对加工表面粗糙度的影响.试验结果表明:槽型平面抛光头的抛光效果最好;同等条件下,在抛光头上开槽能有效地提高加工效率和加工质量.     

全息光学头聚焦误差信号的理论及实验分析

讨论了全息光学头聚焦误差信号检测的基本原理。利用衍射理论推导出了全息光学头中光电探测器表面的光强分布，通过计算机模拟，得到光强分布随离焦量变化而变化的理论曲线，并对此进行了实验验证。     

全息光学头聚焦误差信号的理论及实验分析

讨论了全处民光学头取焦误差信号检测的基本原理，利用衍射理论推导出了全息光学头中光电探测器哺面的光强分布。通过计算机模拟，得到光强分布随离焦量变化而变化的理论曲线，并对此进行了实验验证。     

光学小波图像传输系统中的小波滤波器误差测量

分析了光学小波图像传输系统及其小波滤波器的设计方法,讨论了小波滤波器设计中产生误差的原因,分析出测量小波滤波器设计误差的原理和方法,设计了小波滤波器误差测量系统并利用Matlab平台进行实现,该系统克服并解决了计算机图像处理软件Photoshop在图像误差统计分析中的不足,增强了系统的批处理操作能力和直方图信息显示的精度.试验结果证明了本误差测量系统的正确贩性和实用性.     

原料对抛光腻子性能影响研究

采用QGM—65型三辊研磨机研磨法制备抛光腻子,采用单因素法分析了原料对抛光腻子性能的影响。     

全息光学元件空间频率的计算

本文根据记录介质内三维干涉条纹的空间频率矢量,推导了全息光学元件空间频率的计算式,讨论了全息光学元件空间频率分布和角色散分布,提供了几种参数的选择要求.     

反射式计算机光学元件的优化设计

为了避免元件的相位初始值对设计的影响,提出了利用后退波的概念对反射式计算机光学元件的优化设计方法,不需设定相位初始值,就可实现元件的设计.计算机模拟计算结果表明,该方法设计的反射式元件不仅能用于光波,也能用于毫米波段,且具有较高的精度,证明此方法是有效的.