空间同轴三反相机φ520 mm次镜的加工与检测

为了满足空间同轴三反相机对大口径凸非球面高精度的面形质量和精确的几何参数控制要求,提出以计算机控制确定性研抛工艺为核心的多工序组合加工及检测技术。在加工阶段,首先利用超声振动磨削技术对非球面进行面形铣磨,其次应用机器人对非球面面形进行快速研磨和粗抛,最后采用离子束修形技术实现非球面的高精度加工;在检测阶段,首先利用三坐标测量机对铣磨和研磨过程中非球面的面形及几何参数进行控制,进入干涉仪测量范围后,再采用Hindle球法对非球面光学参数进行干涉检测。结合工程实例,对一口径520 mm的凸双曲面次镜进行了加工及检测,其面形精度RMS为0.015（=632.8 nm）,几何参数控制精度△R误差为0.1 mm、△K优于0.1%,满足光学设计技术指标要求。     

非球面面形精细重构方法研究

针对非球面反射镜在抛光初期干涉仪不能全口径检测面形误差的问题,提出一种三坐标测量机(CMM)和数字干涉仪组合测量以实现全口径波前复原的方法.将CMM与干涉仪测量数据组合,即面形误差以干涉测量为主,干涉检测不能复原的局部波前采用CMM测量数据进行精细重构,从而获得可用于数字化加工的全口径面形误差,并最终达到非球面镜全口径干涉检测.采用该方法对Φ为540 mm的离轴非球面反射镜在精磨后期进行数据组合补偿,成功实现了反射镜从精磨阶段到抛光阶段的全口径波前检测,从而证明了该方法对实现非球面镜全口径检测有效可行.     

一种超精密非球面在位测量方法

高面形精度非球面加工,离不开面形测量和误差补偿加工。离线测量容易导致工件装夹误差,并带来非加工时间增加。为解决这一问题,采用一种利用接触式的微小测头与激光干涉位移测量计相结合的在位形状测量装置,直接对磨削后的工件表面进行在位形状误差测量。介绍了该在位测量方法的原理及非球面测量过程,探讨了回转对称轴在半径方向的误差与测头倾角误差对测量误差的影响,并进行了补偿加工实验。对加工后的微小非球面进行了在位测量,并与超精密离线测量系统测量结果进行了比较。     

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。     

卒中后抑郁119例临床分析

基于压电陶瓷驱动器的非球面变形抛光盘,能在驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工.一个口径ф100 mm、含19个驱动器的非球面变形抛光盘已试制完毕,用于一个口径ф350 mm、非球面系数k=-1.112 155、顶点半径R=840 mm双曲面镜的加工实验.为研究基于压电陶瓷驱动器的非球面变形抛光盘输出面形的精度,计算当非球面变形抛光盘中心到非球面工件中心距离L分别为90 mm、100 mm、110 mm、120 mm和130 mm时,非球面变形抛光盘所需变形量;并利用有限元分析法仿真计算得到,非球面变形抛光盘输出面形的剩余残差(RMS)相应分别为0.298 μm、0.279 μm、0.279μm、0.329 μm、0.447μm.结果表明,变形抛光盘能以较高精度产生非球面面形,可用于非球面镜加工.     

连续位相板磁流变加工中高精度边缘延拓技术

为了提高磁流变加工连续位相板边缘加工质量，实现元件全口径抛光，必须对元件原始误差面形进行边缘延拓，针对现有边缘延拓算法的不足，提出了采用改进的二维Gerchberg带宽受限延拓算法实现连续位相板元件面形频域匹配的边缘延拓。该方法首先采用复调制频谱放大技术Zoom FFT对元件原始误差面形进行频谱分析，计算其高低截止频率；然后采用改进后的二维Gerchberg带宽受限延拓算法进行迭代计算，在原始面形外围延拓出与原始面形同频的高精度延拓结构面形。采用尺寸为100 mm100 mm具有复杂频谱结构的连续位相板元件进行边缘延拓和磁流变加工实验，实验结果表明:采用改进的Gerchberg边缘延拓技术延拓的面形边缘更加规整，边缘效应影响半径由5 mm减小到2 mm，面形残余误差RMS从19.3 nm减小到了9.7 nm。这说明该边缘延拓技术可以明显提高连续位相板面形的边缘加工质量和整体收敛精度。     

高精度离轴非球面透镜的制造与检测

针对强激光系统所需大口径非球面元件高精度、批量化的加工需求,提出了一种气囊抛光技术与柔性沥青小工具抛光技术相结合的大口径非球面元件高效制造方法。采用气囊抛光技术进行非球面保形抛光和快速修正抛光,实现磨削缺陷层快速去除以及低频误差快速修正。采用柔性沥青工具匀滑抛光技术,在低频误差不被恶化的情况下,控制元件中高频误差。在抛光过程中,利用球面干涉仪搭建的自准直波前干涉检测系统和粗糙度仪对非球面元件进行全频段误差检测。基于上述加工与检测方法完成了430 mm430 mm口径离轴非球面透镜样件实验加工,实验结果为元件通光口径内透射波前PV=0.1,GRMS=5.7 nm/cm,PSD1 RMS=1.76 nm,PSD2 RMS=1 nm,Rq=0.61 nm,并且中频段功率谱密度曲线均在要求的评判曲线之下。实验结果表明,离轴非球面透镜样件全频段指标均达到了合格指标要求。所述制造方法也适用于其他类型大口径非球面光学元件的高精度加工。     

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）。     

部分补偿数字莫尔移相干涉的回程误差消除

为了实现非球面面形误差的高精度测量,研究了基于部分补偿原理的数字莫尔移相干涉技术中回程误差的消除方法。通过建立实际干涉仪和建模理想干涉仪,并运用数字莫尔移相干涉技术,获得实际干涉仪像面与被测非球面面形误差相关的波前;分析了该测量系统的误差,提出采用逆向优化法消除大面形误差时的回程误差实现被测非球面的面形误差检测。实验结果表明:与轮廓仪结果比对,面形误差较小时二分之一法重构面形误差,峰谷值和均方根值分别优于/20,面形误差较大时运用逆向优化法消除回程误差,重构的非球面面形误差峰谷值和均方根值偏差均优于/5。基于逆向优化法的部分补偿数字莫尔移相干涉非球面检测,有效消除了大面形误差时的回程误差,可实现高精度的面形误差重构检测。     

三角机加工大口径离轴抛物面技术

为了实现大口径非球面镜的加工,设计制作了三角机加工中心,该加工中心具有三工位设计。基于该加工中心提出了一套非球面镜加工模型,每个工位只需利用两个转动轴即可实现大口径非球面镜的遍历加工,同时加工工位与检测工位可以互换,节约成本的同时提升加工效率。为了验证加工模型的可行性,结合工程实例,利用该加工中心对一口径为1 450 mm的离轴抛物面SiC反射镜进行了加工,实验结果表明,经过一轮迭代加工后,反射镜面形结果由PV 4.653m、RMS0.4097m收敛到PV 3.585m、RMS 0.2581m,RMS收敛达37%。验证了模型的精度及可行性。     

大口径硅基空间红外透镜的高精度加工与检测（特邀）

随着红外技术的不断发展,空间大口径红外光学元件的需求日益增长,其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求,由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜,提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案,改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差,在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法,有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证,证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法,实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离,有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm）,满足设计指标要求。     

固结磨料流体动压磨削理论研究

为实现确定磨盘的磨削深度控制,减少加工中不同粒度工具的更换次数从而提高加工效率,流体动压状态下的固结磨料加工工艺第一次被提出。在完成磨盘表面形貌建模的基础上,以磨盘和工件间隙中的磨削液膜为研究对象,建立了瞬态等温条件下的流体润滑方程,并利用显示有限差分算法求得数值解。计算结果表明:通过调节动压力来控制磨削深度是可行的,因为液膜动压力随磨盘最大磨削深度的减小而有明显的上升趋势,分布也趋于平坦;提高入口压力时,动压力明显增大,但也加剧了其分布的不均匀性;因为受制于磨盘表面形貌以及加工质量要求,转速对动压力的影响并不显著。     

大口径凸非球面反射镜子孔径拼接检测

为了获得大口径凸非球面反射镜全口径的面形,提出了利用子孔径拼接检测大口径凸非球面的新方法。利用干涉仪标准球面波前依次干涉测定大口径镜面上各个区域的相位分布,通过子孔径拼接算法即可求解得到镜面全口径面形信息。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了大口径拼接检测算法的数学模型,设计并研制了大口径反射镜拼接检验装置。结合实例对一口径为260 mm 的碳化硅凸非球面反射镜进行了9 个子孔径的拼接干涉测量,并将拼接检测结果与全口径面形测量结果进行对比,两种方法测量面形PV 值和RMS 值的偏差分别为0.043和0.021（=632.8 nm）。     

激光束波面象差的补偿

本文总结了钕玻璃高功率激光束波面象差的补偿方法,同时给出了非球面补偿透镜设计及加工检验的方法。在激光束象差补偿实验中,实际光束象差由初始2.3λ降到λ/2～λ/4。     

6061铝水导激光加工工艺参数优化研究

为研究水导激光加工关键工艺参数对6061铝切槽形状与组织性能的影响,利用自研的水导激光加工设备,对6061铝开展了包括激光功率、激光重复频率、进给速度及加工次数在内的多个关键工艺参数的多因素影响切槽实验。利用金相显微镜对加工沟槽的深宽比、侧壁锥度及组织变化情况进行了测量与分析。实验结果表明:激光重复频率对沟槽宽度有较明显影响;较高的激光功率、较低的激光重复频率有利于形成侧壁垂直的沟槽;较高的激光功率、较低的激光重复频率、较低的进给速度以及多次加工有利于形成大深宽比的沟槽结构;所有的工艺参数下加工沟槽附近均未发现有热影响区等组织变化。根据上述实验结果提出了使用水导激光加工技术进行大深宽比、低热影响区结构加工的工艺参数优化方法。     

TOF相机实时高精度深度误差补偿方法

TOF（Time-Of-Flight）相机获取的深度值存在着边角畸变和精度偏移，目前主要是通过误差查找表或曲线拟合等技术进行误差补偿，计算量大且补偿速度慢。通过对TOF相机在不同距离的深度误差分布规律的分析，提出了一种实时、高精度的误差补偿方法。该方法利用TOF深度图像的旋转对称性以及误差分布的特性，简化了误差补偿模型、降低参数数量级，有效提升了补偿的精度和速度。将算法应用于基于TOF原理的Kinect v2深度传感器进行深度补偿，使得有效距离内平面度误差下降到0.63 mm内，平均误差下降到0.704 0 mm内，单帧数据补偿时间在90 ms内。由于该算法仅基于光径差进行补偿，因此适用于所有TOF原理的相机。实验结果表明，该算法能够快速有效减少TOF相机的深度误差，适用于实时、高精度的大视场三维重建。     

基于电场操控面形的非球面复合透镜制作

介绍了一种制作非球面复合透镜的新方法.根据电场作用改变液滴透镜面形的原理,利用SU-8光固胶直接在双凹透镜表面制作液滴复合透镜,以电场作用操控液滴复合透镜的面形得到非球面,并实时检测其面形和焦斑图像,在检测到较好的透镜面形和聚焦状态时,用紫外光固化得到低像差的非球面复合透镜.研制了基于电场操控面形的非球面复合透镜制作实验平台,实验检测并讨论了复合透镜在电场中的变形,计算了其主曲率和焦距的变化规律.与原有的平凸非球面液滴透镜相比,此透镜具有更长的焦距和更大的变焦范围,并能保持低像差,改进了基于电场操控面形的非球面透镜制作技术,拓宽了非球面液滴透镜的应用范围.     

Novel high magnification zoom laser beam expander

At present ,beam expanding as a common shapingmethod has been usedin many applications suchaslaserradar[1],interference measure[2],lasers[3],laser holo-gram[4],x-ray optics[5],fiber optics[6]and so on.Zoombeamexpander has been used in more applications fo…