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。     

基于机器人技术控制大口径光学表面中频误差的方法

在分析中频误差形成原因的基础上,按照人工均匀修抛的工艺,提出了基于机器人技术控制大口径光学表面中频误差的方法,建立了机器人抛光的数学模型,研制了机器人加工工具。利用机器人对大口径光学表面进行了抛光实验,实验结果表明功率谱密度(power spectral density,PSD)明显减小,在0.2 mm-1处的值由24.15 nm2·mm降到2.61 nm2·mm,说明机器人抛光方法行之有效。     

小口径非球面碳化钨模具的磁场辅助抛光工艺

小口径非球面光学透镜具有优良的光学性能和广阔的应用前景，但其常用的碳化钨模具由于高硬度的材料特性，加工和抛光难度较大.为获得高质量、高精度的小口径非球面透镜，利用磁场辅助的抛光方式对其碳化钨模具进行加工：首先，通过一系列单因素试验选出合适的金刚石微粉粒度和抛光液成分配比，再采用正交试验探究多种工艺参数对抛光效果的影响规律，确定最佳工艺参数组合.结果表明，使用该组工艺参数抛光可以使检测点的粗糙度由10.3 nm降至3.2 nm,刀纹痕迹明显变浅甚至消失.因此，磁场辅助的抛光方式能够有效改善模具表面的波纹度和粗糙度，对于小口径非球面光学元件的加工具有一定的参考意义.     

小型非球面超精密加工建模及控制技术研究

根据高精度小型非球面制造的需要,探讨了一种针对小型非球面元件的加工方法,并分析了实现数控加工控制的技术途径.根据非球面加工理论,基于工控机和Windows系统,用VB.NET开发实现了小型非球面数控加工控制软件.     

自由曲面透镜型面误差的压力抛光修正

为提高自由曲面型面加工精度 ,提出了在计算机控制光学表面成型工艺中基于压力控制的抛光修正方法。该方法将压力的控制转化为模具对工件压量的控制 ,而它又可以通过改变模具走刀路径来实现。当误差较大时 ,采用分级修正的方法。实验结果表明 ,该方法能使型面误差有效收敛     

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.     

基于分形维数的光学表面质量评价及响应曲面模型

针对光学元件表面的微观形貌结构呈现出随机性、无序性和多尺度性,反映出一种非平稳的随机过程.针对这一问题,利用光学元件表面具有微观结构上的统计自相似性特征,首先通过结构函数法计算光学表面的分形维数,分析了分形维数与表面传统评价参数峰谷(PV)值近似线性的关系,验证了可以利用分形维数来评价光学元件表面精度;其次,建立了分形维数与抛光参数的响应曲面回归模型,为了通过控制显著性较强的抛光参数来获取更好的光学元件表面质量,评价了各抛光参数对分形维数的影响权重.     

大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用

超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.     

快速抛光技术接触压力建模与仿真

快速抛光技术不但可提高加工速度,还能保证抛光精度,是实现超精密平面光学元件批量化加工的最有效加工方式.通过对快速抛光原理的分析,建立了工件与抛光垫之间的弹性力学模型,分析了载荷条件和边界位移条件,并以此为基础建立了工件与抛光垫的有限元模型.通过仿真分析得出了接触压力的分布情况,并通过抛光实验验证了仿真结果,为研究快速抛光技术提供了实验理论依据.     

脉冲CO2激光高精度烧蚀熔石英玻璃

激光抛光是一种能获得超光滑表面新颖的光学元件加工方法,但抛光后表面存在残余波纹和面形畸变.激光高精度烧蚀可用于对元件表面残余波纹和面形进行修正,是一种极具潜力的修形技术.本文开展了激光高精度烧蚀熔石英玻璃的实验,验证了脉冲CO2激光通过控制重叠率可以实现高精度的局部区域均匀烧蚀,并可通过控制激光功率密度获得不同纳米量级的烧蚀深度.但实验发现激光局部区域烧蚀过程存在热累积和过烧蚀的现象.为此建立三维数值模型模拟脉冲CO2激光扫描熔石英表面的过程,对不同重叠率及不同脉冲重复频率作用下熔石英表面温度分布及演变进行分析.数值计算结果表明,重叠率过高将导致熔石英过烧蚀;在合适的重叠率下,高脉冲重复频率会导致明显的热累积.