大型非球面主镜能动磨盘加工模型

大型非球面主镜能动磨盘加工（CCAL）是有别于传统加工和数控加工（CCOS）的新型加工工艺。通过对能动磨盘结构的研究,建立了工件的能动磨盘磨削模型,分析了加工中的边缘效应,并采用压强补偿的方法对磨削模型进行了优化。在Φ1300mm（F／2）非球面主镜能动磨盘加工实验中,以该优化的模型仿真的主镜加工面形与经Hartmann-Shack传感仪检测的实际面形基本吻合。     

大型结构件数控加工在位计量检测技术研究

在位计量检测以加工机床为硬件载体,实现加工、测量一体化,对提高产品质量和生产效率有重要意义。介绍了数控加工在位计量检测系统的组成与方案的实现过程,对系统的性能进行了现场试验,结果表明大型结构件数控加工在位计量检测系统可对大型数控加工零件工艺过程中的尺寸和形位误差进行准确在位测量,大大缩短了大型数控加工件的定位时间,有效提高了一次装夹加工的效率和合格率,避免了工件的二次装夹,降低了生产成本,为数字化装配提供有力保证。     

大口径离轴非球面加工中能动磨盘面形分析

利用齐次坐标变换理论分析了计算机数控能动磨盘加工大口径离轴非球面反射镜时磨盘底面需要形成的实时面形,给出了通用的盘面实时轮廓的计算方法.以NST(新太阳望远镜)的离轴抛物面主镜参数为例.给出了用现有能动磨盘加工时盘面形状及磨盘变形量的计算结果,并将该方法用于两块轴对称非球面(Φ1 030 F/1.6椭球面和Φ1 250...     

一种SiC非回转对称非球面的加工与检测

针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法.该实验件的理想面形方程为z=3λ(X3-y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.632 8μm),镜胚材料为Φ150 mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合.在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项.去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm.本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法.直接采用Zygo平面干涉仅检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差.其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除.通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计.由此在一次测量中可直接得到面形误差.实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求.     

应力抛光技术实验装置的研究

基于弹性力学理论的应力抛光技术(SMP)是将非球面加工转化为球面加工的新技术,能够有效地提高非球面加工效率.由应力抛光技术的算法及有限元分析、模拟,针对玻璃材料自身的性质以及在球面镜周边施力或力矩来实现球面到非球面之间变形量的要求,设计、加工和装调一套专门用于应力抛光技术的实验装置,为了实现应力抛光技术中玻璃薄板的球面到抛物面之间的变形,以该装置加工了一块口径为Φ314 mm,F/7的抛物面镜为例,抛光结束的抛物面其峰值(PV)为3.317λ,均方根(rms)为0.489λ,验证了应力抛光技术实验装置的合理性和有效性.     

大型镜面大误差范围相位恢复在位测量研究

研究了一种基于相位恢复技术的新型镜面测量方法,用于测量大型光学镜面研抛加工过程中较高较陡的面形误差,为光学镜面加工中误差收敛的过渡阶段提供可靠的定量在位测量方法。文中构建了基于离焦光场的相位恢复测量系统并设计适用于大误差检测的相位恢复算法。分析了各种误差因素以及系统测量精度以及测量范围。对一面口径150mm球面反射镜进行了在位测量实验。相位恢复测量与干涉测量结果一致。理论分析和实验都表明该方法切实可行,检测范围和相对精度满足加工要求,具有良好的应用前景。     

非球面非零位横向剪切干涉检测与波前重建

本文分析了非球面非零位检测中3种典型的非球面度及其变化率、调整误差、回程误差以及干涉仪系统误差,提出了非球面度变化率是影响检测误差的主要因素,并给出了非球面非零位检测面形加工误差的确定方法.对基于Zernike多项式拟合的最小二乘法和系数转换法进行了对比研究,分析了剪切量和多项式拟合阶数对波前重建精度的影响,并给出了数值模拟结果.为了验证以上方法的可行性及检测精度,针对一单点金刚石车削的抛物面反射镜,利用顶点球作为测试波前进行非零位横向剪切干涉检测,并用最小二乘法进行波前重建.实验结果表明,在非球面度变化率最大的反射镜边缘处面形误差最大,达到0.203μm,研究结果为横向剪切干涉仪用于非球面加工过程中在位检测提供了技术支撑.     

非球面在线检测的系统误差分离与修正

为了解决非球面在线检测的系统误差问题,针对系统误差产生的机理、误差的数学模型、分离方法以及补偿方法进行了研究.提出一种将空间误差投影到不同平面上进行分析从而解决测量系统误差的新方法并建立了各系统误差的数学模型.根据最小二乘法的基本思想,建立了基于标准球面的系统误差分离数学模型,得到了各参数的最小二乘估计值,并利用误差修正模型进行了校正.利用标准球面进行测量实验,验证了该方法的有效性和精确性.实验结果表明所提出的解决测量系统误差的思路可行,最终可使测量系统精度达到1μm数量级,从而满足精磨阶段在线检测的需要.     

基于机器视觉的半球面微小孔位置的精密测量系统（英文）

针对精密零件的半球表面上微小功能孔的位置测量需求,研制了一套基于二维扫描机构、图像获取单元和精密隔振工作台的机器视觉测量系统.本文提出了基于二维正交旋转扫描测量微小孔孔间位置的理论方法和数学模型,探讨了在图像处理过程中小孔边缘的提取算法以及小孔空心位置的计算方法.为了验证测量系统对半球面微小孔位置的测量能力,实验中选用了半球面半径为60 mm、小孔半径为2 mm的工件作为测量对象;利用光学准直仪验证了小孔位置的测量重复性和测量精度等性能指标,实验结果显示测量重复性误差为1.0″和1.4″,在微孔位置测量偏差的极大值为2.13″和4.13″.     

补偿器法检测非球面过程中易出现的误区

补偿器法是测量非球面反射镜面形误差的一种重要的方法.在检测过程中,各个元件之间的调整会带来初级像差,这是影响最终检测结果的一个关键因素.本文以一个1 m 口径的非球面反射镜为例,首先详述了其面形误差检测的设计和测量过程,然后分析了各个元件的调整会带来相应的初级像差,随后给出了实际检测过程中出现的误区,并对其进行了分析和讨论,结合实际的检测过程得出了相应的判断和消除的方法.最后,分别对300 mm、700 mm 口径非球面反射镜与本文1 m 非球面镜的检测结果进行了比较,证明了该误区会使最后的检测数据发生变化,从而使最后的检测结果失真,并验证了先判别后消除方法的可靠性.最后利用正确的方法,检测得到1 m口径非球面被测镜的RMS 面形误差为0.038 λ,满足指标要求.     

能动磨盘的结构优化设计

针对现有能动磨盘在工程加工应用中存在的问题,利用有限元法对不同结构的能动磨盘建立了静力学模型,并进行计算和分析.以加工Ф1800mm,F/1.5的大口径抛物面主镜为参照,分别对三种结构模型在不同基盘厚度时进行了变形仿真计算.通过分析能动磨盘的变形精度与对应的驱动器产生弯曲力大小的关系,优化设计出适用于Ф1800mm,F/1.5主镜加工的能动磨盘结构,并已投入应用.     

大型非球面主镜细磨中的一种在线检测技术

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测量。与Leize三坐标测量机对比测量同一个面形,二者的测量结果误差P-V为4．0μm,RMS为0．8μm。在普通数控细磨机床上实现了在线面形测量且测量精度优于5μm。利用此系统,实现了细磨加工过程的镜面面形在线检测。     

超薄件加工变形误差补偿的研究（英文）

超薄件可广泛应用于高精度微型器件、光子系统等领域.针对加工后超薄件的较大变形,采用基于超精密车削的误差补偿方法进行研究.提出补偿理论与补偿方法,对原位面形误差与离线面形误差进行测量,利用补偿理论计算得到补偿面形,最后采用三轴伺服控制技术对超薄件变形误差进行车削补偿.补偿加工的超薄铝几何尺寸为Φ20×0.1 mm,一次补偿加工后,工件面形峰谷值由变形产生的误差从15μm降到10μm,具有较好的补偿效果.对补偿中原位测量误差与位置偏移误差进行讨论,提出提高补偿加工精度的方法.     

刀具磨损监测系统的实用化研究

为了实现刀具磨损监测系统的工业应用,根据常规的刀具磨损检测理论,通过对大量不同状态的实验数据进行分析,提出了刀具磨损监测系统的实用化模型,并将其应用于车床的刀具状态监测.实验结果与工具显微镜离线测量数据吻合,表明提出的监测模型有效地实现了多种加工方式、任意加工条件、任意工件及刀具组合的刀具状态监测.     

抛光金属弧状面瑕疵实时检测

提出了一种基于机器视觉对抛光金属弧状面进行实时快速检测的方法.在离线情况下,对不同光强下的样本工件进行学习分析,构造图像的背景亮度分量与灰度水平的关系函数,提取样本工件反射分量的统计特征.在线检测时,先分析图像的灰度水平,并计算图像所对应的亮度分量;然后从图像中提取出灰度均匀的反射分量,最后对反射分量进行阈值分割并做出决策判断.实验表明,本文提出的方法能通过一次学习,适应变化的采集环境,系统具有较高的鲁棒性;检测一帧图像平均时间为40 ms,准确率达98％以上,具有较高的实时性和准确性.     

成形磨砂轮圆弧廓形关键参数在位检测方法及试验研究

针对成形磨砂轮精密磨削加工中准确高效地检测砂轮形状精度的需求,提出砂轮廓形参数在位检测新方法。首先采用线状激光位移传感器采集砂轮表面微观形貌数据,构建测量矩阵模型,再通过滤波去噪、宏观轮廓线提取、非线性曲线拟合等算法分析处理出砂轮廓形曲率半径和圆度误差检测指标。通过磨削验证试验分析和检测不确定度评定,证明该方法稳定可靠,检测结果可以准确反映工件加工精度,满足复杂圆弧廓形砂轮检测需求,具有较好的工程应用价值。     

影响球面激光直写线宽均匀度的关键技术

为提高球面激光直写图形线宽均匀度,提出了球面激光直写四轴同心结构和同心扫描光学系统的方案。这种方案使得激光束经水平轴、垂直轴、光轴和工件中心轴相交于球心,经球心反射镜反射到球面工件表面上,形成激光曝光光斑。采用微小离焦探测和复合闭环控制的自动调焦技术与计算机并行工作的控制方法,确保了球面工件以垂直轴为轴心沿水平方向精密匀速旋转;激光笔绕水平轴以俯仰弧形轨迹移动且精准定位;激光束经写入物镜和调焦系统始终以圆形光点聚焦在球面上,实现了对球面任意纬度连续激光直写线条精度的可靠控制。原子力显微镜检测分析结果表明,在球面上激光直写出约3μm宽线条,线宽均匀度10%左右。     

应力抛光技术加工抛物面的实验研究

大口径非球面加工技术一直是先进光学制造领域研究的前沿课题,本文开展了以大型非球面应力抛光技术(SMP)为核心的相关先进光学制造技术的研究.研究了应力抛光技术的原理及算法,以加工一块口径为φ314mm,F/7的抛物面镜为例,验证应力抛光技术的合理性和有效性.采用干涉仪检测抛光结束的抛物面其峰值(PV)为3.317λ,均方根(rms)为0.489λ.结果表明,应力抛光技术能够以较高精度、快速地形成旋转对称的抛物面,其面形误差满足或接近于非球面面形的精度要求.     

大型高温锻件热态在位测量中三相机结构参数现场标定方法

目前国内大型高温锻件在位检测条件落后,测量精度低,锻造车间现场无法有效建立测量控制场.本文提出三相机测量系统结构参数的现场标定方法,现场测量实践表明该标定方法操作简便实用,可以满足高温锻件热态在位高精度检测的应用需求.     

旋转非对称项面形误差绝对检测的仿真分析

为满足光学元件的高精度检测要求,绝对检测技术取代传统相对检测技术被越来越多的用于光学检测过程中.然而传统绝对检测法检测都有各自适用的范围且检测过程复杂对实验仪器的精度要求较高.在某些只需要获得旋转非对称面型误差的检测领域旋转平均法成为一种简单易行的绝对检测手段.旋转平均法适用于平面、球面与非球面旋转非对称面型检测.本文...