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。     

非球面及非球面测量技术

为了对非球面进行行之有效的测量,从非球面的面形描述和光学特点出发,对非球面各种测量方法进行了优缺点的对比和研究,同时对目前非球面检测技术面临的问题进行了阐述,并给出了对深度非球面测量可用的方法和应当解决的问题。     

利用部分补偿透镜进行非球面面形测量

提出用部分补偿透镜进行非球面检验的方法.对部分补偿透镜的设计方法和要求进行了研究,针对3种不同参数的非球面设计了部分补偿透镜,结构比零补偿器更简单.分析了各种部分补偿透镜的非球面度补偿范围,证明用简单且易于制造的部分补偿透镜补偿不同相对孔径和非球面度的非球面.测量精度可达到λ/10.     

高精密光学元件磨床的加工与检测系统的开发

高精密平面磨床是加工光学非球面元件的一种重要途径.出于通用性和效率的考虑,开发一套面向光学非球面元件的高精密平面磨床的加工与检测系统,以此来实现光学非球面元件的精密加工.以自行开发研制的四轴数控高精密平面磨床为研究基础,采用模块化设计,选用Delphi 7为开发语言,运用Delphi 7和Matlab混合编程技术,搭建了加工与测量系统,实现了光学非球面元件的磨削加工、面形测量、磨削补偿以及环境检测等.实验结果表明,该系统可以满足光学元件的精密加工及检测,并具有较高的工作效率.     

大量程高精度非球面光学元件检测平台设计

针对目前高精度,大量程的非球面检测需求,综合考虑各部件对平台精度的影响,完成了对平台的机械系统,探测系统和运动控制系统的设计.该非球面光学元件检测平台采用花岗岩框架结构,以增加整体结构的刚度,减小自身热变形引起的几何误差.系统的探测系统采用了接触/非接触式双重测量的检测方法,既提高了测量的速度,又增加了测量数据的可靠性.运动控制系统则采用运动控制卡+伺服电机的三轴联动的开放式运动控制方式,满足了高精度非球面光学元件的检测需要.     

基于运动控制技术的非球面测量系统

为满足非球面光学元件表面精度的测量要求，设计和实现了一种高效数控非球面测量系统．系统基于运动控制技术，构建了四轴联动的测量工作平台．根据数据采集原理，实现对非球面工件表面形位参数进行连续采样．整个系统采用工控微机作为上位机非实时控制，下位机采用高速DSP进行实时控制．在Windows操作系统下，用Visaul C＋＋开发工具完成了测量系统的软件开发．最后通过实验对测量系统的稳定性及其误差进行了分析．实验结果表明，系统行程为100～120mm，系统误差小于5μm，能满足普通光学非球面元件测量精度的要求，同时系统体现了较好的通用性和可靠性．     

高精度非球面制造系统控制软件的设计

根据高精度非球面制造及测量的需求,设计并实现了高精度非球面制造及测量系统的控制软件．系统基于工控PC机和Windows98操作系统,并选用Delphi6．0和Visual Fortran作为开发工具．系统采用在线误差补偿加工技术,选择平面砂轮和圆弧砂轮两种加工方式．可达到加工高精度光学非球面镜的要求．     

光学非球面的超精密加工技术及非接触检测

针对亚微米级及亚微米级以下的光学硬脆性非球面器件难加工问题,分析了光学非球面的形状精度和应用,讨论了其超精密加工原理和方法及非接触检测手段．结果表明,精密数控机床、硬脆性材料延性域加工原理和超精密检测是光学非球面超精密加工的技术保证．     

大视场针孔CCD摄像物镜设计中的非球面应用

由于大视场会带来大的垂轴像差,尤其是畸变,以及结构的不对称性, Ｃ Ｃ Ｄ 针孔物镜一般视场不超过７０°。应用非球面光学设计,不仅使视场大于等于８０°,且畸变较小。此外,通过实例对球面设计与非球面设计进行比较,论证了非球面光学设计的优越性。     

圆形计算全息图的设计及其参数计算

为实现非球面的高精度检测,在设计全息图时采用虚拟玻璃的概念,即用光学设计软件ZEMAX建立折射率为0的玻璃模型,实现全息片的出射波前沿非球面的法线方向入射,简化了补偿器的设计优化过程,提高了设计精度,最大光程差小于0.000 7 λ(λ=632.8 nm).编制了衍射面工艺参数的计算程序,利用该程序可快速地计算出衍射面各环带的径向坐标、最小特征尺寸、最大环带数,还可以输出位相图、连续面形图、台阶图等,为光学设计和实际加工提供了有效的解决途径.     

用于地面模拟平台测试光学相机的设计

航空相机检测设备在出厂前需要更高精度相机调试,设计了一种应用于航空相机检测设备-地面模拟平台调试的相机。该相机通过使用非球面镜提高相机的图像质量并减轻整体重量,要达到相同成像效果的球面镜组需要8片透镜,使用非球面镜减轻了相机的重量和体积,设计的光学系预期统焦距为80 mm,最终光学系统的MTF优于34%@91 lp/mm。投入加工并组装相机测试,测试结果表明,非球面镜片达到制造标准,相机的分辨率、成像清晰度和焦距均符合设计要求。     

旋转轴对称曲面的数学-光学性质研究

旋转轴对称曲面可以分为高次曲面和二次曲面。通过计算得出了它们子午截线的顶点曲率半径、子午法线像差、比较球面、非球面度以及非球面度梯度。从费马原理出发推导得出反射无像差点和透射无像差点二次曲面的方程式,分析了在反射无像差点时不同物距和像距情况的曲面面形,以及在平行光入射,且偏心率e=n／n’时透射无像差点的曲面面形和成像情况。这些特性对非球面光学系统设计、光学加工、光学检验方案的制定都有指导意义。     

非球面零位补偿检测中非线性误差的影响及去除

非球面零位补偿检测中会引入非线性误差,利用光线追迹的方法获得了干涉测量坐标系和非球面镜面坐标系之间的非线性关系。对某有效通光口径为860mm的体育场形离轴非球面反射镜的零位补偿检测,利用光线追迹结果进行坐标反变换的数据处理方法,对上述非球镜面面形数据进行了镜面矢高分布数据的非线性校正;通过分析对比非线性校正前后的数据,对计算机辅助装调过程的影响,证明经过非线性校正后的镜面面形矢高数据可以加速计算机辅助装调过程收敛。     

基于DSP的伺服控制系统在非球面检测平台上的研究

根据高精度非球面表面检测的要求,提出一种用于微纳精度测量的非球面检测平台伺服控制系统.系统基于高性能数字信号处理器(以下简称DSP)芯片控制技术,采用德州仪器(Ti)公司的TMS320F2812运动控制开发板对三轴伺服电机进行实时控制.系统硬件上设计了DSP外围驱动电路,实现了对交流伺服系统的控制.反馈电路采用模块化设计,完成了对电机编码器和直线光栅尺输出信号的采集.在Windows操作系统下,用CCS2.0开发工具完成了DSP芯片软件上编程,包括数字比例-积分-微分(以下简称PID)算法,数字测速M/T法等,简化了外围硬件设计.系统具有完整的DSP芯片的运动函数编程以及硬件模块的扩展功能.最后通过实验在双轴工作平台上进行定位分析和稳定性仿真,系统达到较高的位置控制.     

影响非球面面形精度的因素分析

根据国内外非球面零件加工难的现状,其根本原因在于多数非球面光学零件很难找到可作为加工依据的准确轨迹,同时也很难找到使轨迹在加工过程中精确转移的方法。而且在加工中,保证面形精度也是最难的问题。本论文主要就非球面面形精度进行探讨。根据等距线公式建立了数学模型,得出保证加工精度时对截取参数选择的方法。     

波像差法构建非球面干涉检测的误差分离模型

非球面元件光学干涉检测中,获得客观、准确的面形信息是实现元件快速、确定性制造的关键因素之一。为了实现大口径光学离轴非球面反射镜的高精度检测,对其干涉检测结果中的误差信息表现形式进行了分析研究,提出了一种基于将离轴非球面反射镜检测工装视为具有5维自由度空间刚体设想的误差分离矩阵,并从波像差理论出发,寻求出调整误差作用分量的分立表现形式及影响参数,建立了计算机辅助检测大口径光学离轴非球面反射镜的基本模型。仿真分析结果证实了这种方法的可行性。     

表面形貌的全息式非接触光学测量方法

讨论了关于表面形貌的一种全息式非接触光学测量新方法．此方法采用全息光学元件ＨＯＥ替代普通光学元件,作为离焦检测元件,提高了测量精度和范围．