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）。     

光学加工中边缘问题的数控处理方法

光学加工中边缘问题很难处理，数控加工也是如此。计算机数控能动盘光学加工技术具有高加工效率和抑制中高频能力，而小磨头光学加工技术则有很强的局部误差修正能力。介绍了将这两种数控光学加工技术处理大口径非球面镜面边缘区域误差修正的加工模型算法，并进一步结合二者特点提出大口径边缘加工组合工艺方法。首先使用能动盘加工技术初步磨削工件边缘，接着用小磨头技术进行局部修磨，再使用能动磨盘技术进行表面平滑。这种加工策略能够有效地实现工件边缘区域的定量磨削去除加工。对圆对称工件的细磨试验证明了这一点。     

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。     

望远镜主镜面形误差的结构函数分析方法

望远镜主镜面形误差的指标制定、分析以及评价方法对主镜加工具有重要的指导意义。提出一种结构函数分析方法,利用它分析了大气湍流对望远镜系统成像质量的影响,制定出主镜面形加工误差的指标要求;通过建立泽尼克多项式与结构函数的直接转化关系,实现了对主镜面形误差的有效评价,给出了具体的转化步骤及结果;通过巨型麦哲伦望远镜(GMT)实例对分析过程进行了具体说明。结构函数分析方法与整镜均方根(RMS)波像差等方法相比,能更准确及完善地评价望远镜主镜的面形误差,对镜面加工更具指导意义。     

八角形离轴非球面反射镜加工

为了加工出高精度八角形离轴非球面反射镜,对离轴非球面反射镜的数控加工和检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ非球面数控加工中心,对数控加工过程中小磨头的运动方式和运动轨迹进行了研究,阐述了离轴非球面反射镜研磨阶段的轮廓测量方法和抛光阶段的零位补偿检测方法,采用数控加工方法对一块八角形离轴非球面反射镜进行了加工。最终的检测结果表明,八角形离轴非球面反射镜的面形精度均方根值为0.018λ（λ=0.6328μm）,满足光学设计技术指标要求。     

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。     

高次离轴凸非球面反射镜组合加工（特邀）

为提高离轴三反消像散（TMA）光学系统中次镜的制造效率和精度,开展了离轴凸非球面反射镜组合加工和零位检测的研究工作。首先,介绍了方形(298 mm×264 mm)高次离轴凸非球面反射镜的光学参数、技术指标和总体加工路线;其次,提出了铣磨加工工艺策略以及基于气囊和沥青的小磨头组合加工工艺;最后,阐述了光学零件抛光阶段采用的背部透射零位补偿检测法和Offner型零位补偿器,并采用光线追迹法对镜片的零位补偿检验面形畸变进行了矫正,最终面形RMS值为0.025λ （λ=632.8 nm）,满足技术指标要求。上述组合加工工艺和背部透射零位补偿检测方案可以显著提升高次离轴凸非球面反射镜的加工精度和效率。     

常压电感耦合等离子体工艺用于加工光学材料的去除函数研究

介绍了使用常压条件下的电感耦合等离子体加工工艺用于加工硅基材料的光学反射镜,诸如:熔石英、反应烧结碳化硅(RB-SiC)、硅等材料。主要研究等离子炬在不同硅基材料上的去除函数的有效性。针对获得去除函数进行高斯函数拟合,其半峰全宽(FWHM)为18mm。去除率分别为10.86,0.82,1.51μm/min。利用此工艺加工了一块100mm口径的碳化硅镜坯,获得的实际面形与虚拟加工面形偏差比在8.57%,收敛率偏差在4.7%。实验结果显示在常压条件下加工大口径非球面反射镜具有良好的去除特性。因此,常压电感耦合等离子体工艺在高精度大口径非球面反射镜加工领域有着广阔的应用前景。     

异形口径离轴非球面光学加工与测试技术

针对离轴非球面制造的难点,研究分析了碳化硅非球面尤其是异形离轴非球面加工和检测的各项关键技术。首先利用加工中心DMG 对离轴非球面进行了铣磨和表面成形,然后运用实验室自行研制的非球面加工中心FSGJ-2 对离轴非球面进行了研磨和抛光,最后利用离子束对其进行了精抛光,并分别利用三坐标测量仪和激光跟踪仪对非球面进行面形轮廓测定和光学参数及几何量的精确控制。结合工程实践对一口径为600 mm270 mm 的类八角形离轴碳化硅非球面反射镜进行了超精加工与检测,并专门设计研制了光学补偿检测装置,对其进行了零位补偿干涉测量,其最终面形PV值为0.219 ,RMS 值为0.018 。     

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。     

大口径离轴碳化硅非球面反射镜加工与检测技术研究

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理,并专门设计研制了计算全息衍射检测装置,对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468mm×296mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测,最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ,均方根(RMS)值为0.017λ(λ=632.8nm),达到了良好的效果。     

边缘效应的去除函数模型及实验

计算机控制光学表面技术(CCOS)是加工光学非球面的一项重要技术.在计算机控制小磨头抛光技术中,边缘效应严重制约了CCOS技术的加工精度和加工效率,是亟待解决的技术难点之一.获得磨头在加工工件边缘时的定量去除模型,并通过驻留时间算法进行补偿,是解决该问题的重要途径.采用边缘压强阶跃分布模型,并通过理论推导,得出边缘效应...     

非零位拼接检测凸非球面金属反射镜

随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展,实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而,金属反射镜的检测手段存在明显不足,尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率,提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例,对口径为120 mm,顶点曲率半径R为1121.586 mm,二次曲线常数K为?2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验,拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比,验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ,结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。     

计算机控制的CO2激光熔融拉锥系统

针对现有熔融拉锥法(FBT)的缺陷,提出了一种CO2激光熔融拉锥系统。系统主要由CO2激光器、振镜和自动平移台三部分组成,通过计算机对其进行联合控制。试验结果表明利用该系统可精确控制熔锥光纤的形状,从而提高熔锥型器件的精度。     

硒化锌晶体的高效率高质量组合抛光方法（特邀）

硒化锌晶体作为常用的红外晶体材料,广泛应用于红外光学系统中。为了提高硒化锌晶体的加工质量及加工效率,提出了将磁流变抛光（MRF）与传统数控抛光(CCOS)技术相结合的方法,通过多组正交实验配置硒化锌晶体的磁流变抛光液,对一块口径为50 mm的硒化锌晶体展开磁流变抛光,再针对磁流变抛光后的表面痕迹进行传统数控抛光,在正压力为0.05~0.1 MPa范围内,经过30 min均匀抛光,硒化锌晶体的表面粗糙度由3.832 nm降低到1.57 nm,粗糙度得到明显改善。该方法有效提高了非球面硒化锌晶体的加工效率并改善了加工后的表面质量,对硒化锌晶体的非球面超精密加工具有重要的参考价值。