计算机控制非球面加工精磨阶段的检测技术

讨论了计算机控制非球面加工（ＣＣＯＳ）过程中精磨阶段的面形误差数字化技术。提出了线性插值法代替惯用的泽尼克多项式拟合用于表面的精磨。并给出应用实例，验证了该方法的有效性。     

大型非球面镜的加工和检测

大型非球面的加工和检验 ,通常采用 Offner补偿系统。对 Offner补偿系统进行了详细地论述。采用小口径三片式 Offner补偿系统检测大口径非球面镜 ,系统具有调节、检测方便 ,加工精度高等优点 ,这种方法在实际加工中得到证实。采用 Offner补偿系统加工的大口径非球面 (φ6 30 mm) ,取得了良好的实验效果     

二次曲面非球面度计算方法及公式

本文用分析、对比的方法简要叙述了计算非球面度过去沿用公式存在的缺陷,特别是在工艺方面的不适用性,根据实际工艺提出了新的计算方法和公式,并进行了推导。利用这些公式既能准确表达非球面度的概念,也可直接用于指导生产加工。     

凸非球面背向零位补偿检验的设计方法

为了实现大口径凸非球面的高准确度检测,提出了凸非球面背向零位补偿检验方法.该方法在非球面背面引入辅助球面并在光路中加入球面补偿透镜来达到零位补偿检验.辅助球面既可以使凸非球面等效为凹非球面,还可以补偿部分非球面法线像差.依据三级像差理论,对辅助球面曲率半径及补偿透镜结构参量进行初始结构求解,并编写了求解初始结构软件,再利用光学设计软件对初始结构进行优化,优化结果满足设计要求,使凸非球面背向零位补偿检验理论化.在实际应用中,以Φ120mm凸非球面为例设计了凸非球面背向零位补偿检测系统,检测系统设计的剩余波像差PV为0.024λ、RMS为0.007λ.利用此检测方法加工完成后的凸非球面的面形准确度优于λ/40.     

高次非球面度的计算方法

简要分析过去沿用的二次曲面和高次非球面的非球面度计算公式存在的缺陷,介绍一种计算非球面度的波像差法,推导计算公式,并给出计算实例。该方法适于计算机编程,可用于任意次非球面度的精确计算。     

高次非球面的工艺技术研究

 高次非球面在光学系统应用中意义重大,但是一直以来缺乏一套快速、有效的工艺方法。利用VC6.0编制了一款面型计算软件以辅助加工,并提出了一种新的高次非球面补偿检验方法。针对一块巡天光谱仪中口径Φ244 mm的一面平面另一面为高次非球面的改正镜开展工艺方法的设计与研究,从铣磨成形开始,根据高次非球面的特点提出了几种新型磨削工艺,建立相应的数学模型。由于高次非球面的特殊性,试验了数控铣磨直接成型法,很大程度上降低后继工艺难度,在细磨和抛光阶段采用数控小工具和整工具研磨相结合,能够很好地克服面型不平滑等技术难题。总结出了一套高效率、低成本、高精度的高次非球面工艺方法。     

光学非球面元件非球面度计算方法

详细介绍光学非球面元件非球面度计算的牛顿迭代法、近似法、最小二乘法3种方法，并根据工程实践比较了3种方法的优缺点，得出了工程应用中的结论：近似法适用于一些相对孔径较小的非球面，否则误差会较大；牛顿迭代法的精度较高，但计算量大也最复杂，且不能直接得到最接近参考圆的圆心位置坐标；最小二乘法的计算方法简单，不涉及求导、积分、迭代，适合编写计算程序，且可直接得到最接近参考圆的圆心位置坐标。     

环形精磨、抛光机应用

为了提高环形精磨、抛光机的应用效率，文章探讨了对环形精磨、抛光机进行改造，扩大其应用范围，达到双面精磨，双面抛光，可提工作效率，减轻劳动强度。     

光学非球面面形拟合方法研究

作者在研制一台高精度检测非球面仪器的过程中,探讨了二次和高次非球面面形方程参数的拟合方法。计算实例表明,线性化拟合法和非线性拟合法较圆满地达到了各种非球面面形拟合精度和实时处理的要求。     

基于子孔径拼接的Hindle球检测法

为了能够准确获取基于子孔径拼接的Hindle球检测大口径双曲面镜的Hindle球参数,研究了Hindle球检测凸双曲面镜的理论模型,并从几何光学入手,讨论了基于子孔径拼接的Hindle球检测法的系统结构,推导了符合子孔径拼接要求的小口径Hindle球的参数计算式。对一个凸双曲面镜进行了在不同测量环带数目下的基于子孔径拼接的Hindle球检测法和经典Hindle球检测法的Hindle球参数对比。结果表明该Hindle球检测方法使Hindle球参数更合理。     

机械研磨法制备晶体密度钼膜技术研究

具有晶体理论密度的高质量金属薄膜对于材料的高温高压状态方程研究十分重要。通过机械研磨抛光技术制备出厚度大于20 μm,均方根粗糙度小于100 nm,厚度一致性好于99％的钼膜。研究了工艺条件对薄膜表面形貌、厚度一致性与表面粗糙度等的影响。机械研磨抛光时,采用较小粒径的磨料和材质较软的研具,可以获得较高的表面质量。在研磨过程中,工件的边缘受到的磨料切削作用最强,采用工件在工装表面均匀分布的形式,薄膜的厚度一致性有较大改善。探讨了目前制备极薄的薄膜工艺存在的问题及可能的解决办法。     

平面研磨中影响工件起动力矩的因素

本文针对平面研磨过程中工件运动的随机性，从理论上求出了在机床起动瞬间磨具作用于工件上的合力矩；探讨了影响这个力矩的主要因素，偏心距和工件几何尺寸的作用规律；为选择研磨参数提供一理论依据。     

大型环抛面形实时监测与控制

为解决大型激光驱动器建设中的关键工艺大型精密环形抛光技术一直存在着的控制困难、精度收敛不稳定的难题,分析了环形抛光加工中面形调整控制机理和本质,找到了传统调节控制和判断方法中的缺陷,提出了一种对环抛机面形变化基本实时的离线监测方法。这种监测方法具有结构简单、检测判断时间短和面形变化反应直观的优点。通过建立实验监测装置和实际加工验证,获得了较好的面形趋势判断和实时控制效果。     

大型环抛面形实时监测与控制

为解决大型激光驱动器建设中的关键工艺大型精密环形抛光技术一直存在着的控制困难、精度收敛不稳定的难题,分析了环形抛光加工中面形调整控制机理和本质,找到了传统调节控制和判断方法中的缺陷,提出了一种对环抛机面形变化基本实时的离线监测方法。这种监测方法具有结构简单、检测判断时间短和面形变化反应直观的优点。通过建立实验监测装置和实际加工验证,获得了较好的面形趋势判断和实时控制效果。     

基于PZT的非球面能动抛光盘设计优化

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。为优化设计基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,利用有限元分析方法,计算各驱动器的影响函数,计算非球面能动抛光盘的输出面形,与理论面形比较得到剩余残差。以优化设计驱动器排布方式和极头直径为例,当非球面能动抛光盘中心到非球面工件中心的距离L为120mm,分别计算比较,极头直径为Φ10mm时,19单元PZT圆形排布与21单元PZT方形排布的剩余残差;以及19单元PZT圆形排布时,极头直径为Φ10mm与Φ14mm的剩余残差。结果表明,非球面能动抛光盘产生变形后的剩余残差RMS相应分别为0.303μm、0.367μm、0.328μm。因此,基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘确定选用19单元PZT圆形排布且极头直径Φ10mm。     

减小薄板玻璃工件研磨变形的研究

针对薄板玻璃刚度差，在研磨中易产生变形这一特点，探讨了减小其变形的不同方法。我们用传统的上盘法粘结固定工件进行加工，工件在下盘前面形精度较好，能满足要求（在２５ｍｍ×２５ｍｍ面积上的平面度为０．０５μｍ），但在下盘后产生的变形使其面形精度下降，在２５ｍｍ×２５ｍｍ面积上的平面度为０．２μｍ，已不能满足要求。采用真空吸附法国固定工件，消除了工件在粘结过程中由于温度变化产生的变形，而且在研磨过程中又设法减小对工件施加的压力，从而减小了工件在研磨过程中产生的变形，使加工后的工件面形与加工过程中的面形接近，这就保证了工件的面形精度。     

大口径反射元件环形抛光工艺

根据环形抛光的加工特点,研究了大口径反射元件的环形抛光加工工艺。在4 m环抛机上进行了610 mm440 mm85 mm的大口径反射元件加工工艺实验,研究了修正盘及工件盘转速与元件面形的关系、修正盘及工件盘位置与元件面形的关系、沥青盘槽形与元件面形的关系。研究结果表明,通过对修正盘及工件盘转速、修正盘及工件盘位置、沥青盘槽形等工艺参数的优化控制,能够得到大口径反射元件面形的高效收敛,元件最高面形精度优于/6(=632.8 nm),验证了加工工艺的有效性。     

大口径反射元件环形抛光工艺

根据环形抛光的加工特点,研究了大口径反射元件的环形抛光加工工艺。在4 m环抛机上进行了610 mm440 mm85 mm的大口径反射元件加工工艺实验,研究了修正盘及工件盘转速与元件面形的关系、修正盘及工件盘位置与元件面形的关系、沥青盘槽形与元件面形的关系。研究结果表明,通过对修正盘及工件盘转速、修正盘及工件盘位置、沥青盘槽形等工艺参数的优化控制,能够得到大口径反射元件面形的高效收敛,元件最高面形精度优于/6(=632.8 nm),验证了加工工艺的有效性。