气囊抛光路径对光学元件中频误差的影响

为了寻找消除中频误差的有效抛光路径,进行了2组实验.第1组实验采用单步进动Z字光栅路径和单步进动螺旋线路径对石英玻璃进行全面均匀的气囊抛光实验,并对加工后得到试件表面的中频误差进行分析.第2组实验先采用单步进动Z字光栅路径对石英玻璃进行全面均匀的气囊抛光实验,接着用基于改进普里姆(Prim)算法的路径对其进行加工,最后对加工得到光学试件表面的中频误差进行分析,从而验证基于改进Prim算法的抛光路径的优良性.     

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。     

单晶碳化硅磁流变抛光工艺实验研究

针对传统光学加工中碳化硅表面质量精度低和难于加工的特点,提出用磁流变直接加工碳化硅表面的工艺流程。采用自行研制的磁流变抛光机对Φ40×2mm的6H-SiC进行了抛光实验研究。结果表明,直径为40mm的碳化硅材料圆柱体,硅面经过20min的磁流变粗抛,表面粗糙度Ra提升至5.9nm,亚表面破坏层深度降至35.764nm,经过磁流变精抛和超精抛,表面粗糙度最终提升至0.5nm,亚表面破坏层深度降至1.4893nm,表面变得非常平坦,无划痕。由此表明,所采用的工艺流程可以实现碳化硅表面的纳米级抛光和非常小的亚表面破坏层深度。     

基于轨迹控制的机器人抛光工艺

针对普通商用工业机器人的封闭控制结构难以实现在线控制的特点,采用软质抛光工具来降低快速制模工艺中机器人抛光的轨迹误差.为了获得稳定的抛光压力,在机器人抛光轨迹规划的基础上,通过轨迹调整,对软质抛光工具的弹性变形和抛光过程磨损进行有效补偿.实验结果表明:当轴向预压量为1.0 mm时,每隔175 mm的抛光间距进行轴向补偿0.1 mm,即可获得稳定的抛光压力和均匀的抛光过程.     

光学瞄具光谱透过率检测系统研究

针对瞄具的光谱透过率测量需求设计了一套宽光谱宽光束透过率测试系统。系统采用全反射式、完全对称的大口径双通道光路和双探测器接收的光学测试系统结构,完成了控制和数据采集系统设计,实现了计算机自动控制。实验表明,测试光束直径达60mm,测量光谱范围为300nm—1600nm,测试精度误差低于0.5%。该系统解决了光学瞄具的全口径光谱透过率测量问题,同时有效地提高了测试精度。     

磁流变抛光机控制系统的研究

为实现大口径、超精密光学元件的加工,本文介绍了环带式面接触磁流变抛光机控制系统。论文通过对面接触式磁流变抛光机原理、结构、以及工艺要求进行了分析,制定出设备的控制方案。系统以PLC为核心,实现数据采集、输入输出控制、过程控制等。以触摸屏作为人机界面简单直观,整个控制系统包括运动控制系统、机构调整系统和报警系统,而且要求同时可以实现手动和自动控制。最后通过工艺实验验证了该控制系统满足工艺要求,可以加工口径为φ300mm、曲率半径R不小于30mm,rms小于1nm的光学表面。     

光学非球面元件机器人柔性抛光技术

计算机控制光学表面成型技术在光学元件冷加工中占据重要的地位,是对平面及非球面光学元件进行最后阶段修整抛光的必要手段.现有的计算机控制光学表面成型技术大都基于数控机床来进行.随着机器人技术的发展和广泛应用,将机器人引入到光学元件数控加工领域是一种新的有效尝试.因此,对一种基于机器人的光学非球面柔性抛光技术进行了运动学分析,并建立了控制模型,利用控制模型进行工件加工,获得了较好的加工效果.     

物体亚表面的纳米探测研究

利用光纤构建了一套光学相干层析系统(OCT),并在光纤末端安装自聚焦透镜,采用宽光源对抛光物体亚表面微缺陷的存在进行了无损在体层析检测.利用光外差技术实现对样品的高分辨率检测.提出利用光学相干层析系统检测抛光物体亚表面微缺陷的方法,同时本实验系统的分辨率小于600 nm.系统中的光源相干长度为3.5 μm,光程为往返式,因此本系统的相干长度为1.7 μm.实验证明本系统在探测抛光物体亚表面的微缺陷中,可以清晰地识别3～4个微缺陷点区域.     

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.     

基于平均压强一致性原则的大尺寸气囊工具头优化设计

根据超大口径光学元件的加工需求,设计一种适应1～2m口径光学元件抛光的气囊工具头.建立了气囊工具头受载的有限元仿真模型,并以常用的球冠半径为80 m m的气囊工具头的静态加载实验验证了仿真模型的可靠性.基于平均压强一致性原则和仿真模型设计了球冠半径为320 m m的大尺寸气囊工具头,优化设计得到球冠内外橡胶层厚度分别为...     

Preparation and catalytic performance of Fe-SBA-15 and FeO x /SBA-15 for toluene combustion

High-surface-area and well-ordered mesopor- ous Fe-incorporated SBA-15 （xFe-SBA-15） and SBA-15- supported FeOx （yFeOx/SBA-15） with the Fe surface den- sity between 0.09 to 1.11 Fe-atom/nm2 have been prepared using the one-step synthesis and incipient wetness impregnation methods, respectively. Physicochemical properties of these materials were characterized by means of numerous techniques, and their catalytic activities for the combustion of toluene were evaluated. It is found that the xFe-SBA-15 and yFeOx/SBA-15 samples possessed rod- or chain-like morphologies. The Fe species were of high dispersion when the Fe surface density was lower than 0.76 Fe-atom/nm2 in xFe-SBA-15 and 0.64 Fe-atom/nm2 in yFeOx/SBA-15. At a similar Fe surface density and space velocity, the xFe-SBA-15 catalysts showed better activity than the yFeOJSBA-15 catalysts, in which the xFe-SBA- 15 catalyst with Fe surface density 0.59 Fe-atom/nm2 performed the best. It is concluded that the good perfor- mance of the xFe-SBA-15 sample with Fe surface density 0.59 Fe-atom/nm2 was associated with its large surface area, high Fe species dispersion, and good low-temperature reducibility.     

基于二维位置敏感探测器的空间对接过程研究

为了准确地捕捉机器人空间对接的传感器信息,从对接机构的设计入手,研究了空间对接中传感器的选择、改制和基于传感器信息的空间对接问题.考虑到安装空间的限制和处理的信息量太多,提出了利用二维位置敏感探测器（PSD）配合红外发光器阵列的方法完成机器人的空间对接.通过对位置敏感探测器工作原理的分析和对传感器特性的试验,提出了在PSD光敏面上增加光学装置的方法以扩大它的探测范围和精度,同时大大减小了它对光信号的依赖程度.把该方法应用于可重构模块化探测机器人系统中,提出了基于传感器信息的轨迹规划方法,对子机器人空间对接过程的仿真试验验证了轨迹规划和空间对接的可行性.     

一种二自由度灵巧型装置设计与精确定位的实现

针对大口径光学系统舱内部空间狭小,导致传统检测设备安装困难的问题,设计了一种便于在狭小光学仓内执行镜面缺陷检测的灵巧型伸缩装置;并通过拟合算法实现了对该装置末端的精确定位。首先具体介绍了该装置的结构设计;并对该装置建立了包含齿隙特征的数学模型。然后,采用基于最小二乘法的曲线拟合算法简化了装置末端坐标表达式;并通过仿真得出最佳拟合阶次,降低了误差,提高了坐标定位精度。该装置在实际应用中完成了狭小光学仓内的检测任务,且能够达到正负0.005 mm的精度,满足设计需求,证明了方法的可行性。     

Experimental Investigation on Constrained Abrasive Fluid Polishing for Optical Glass

To find a cost effective,high-precision and environmental friendly way of polishing for optical glass,a series of experiments were focused on about constrained abrasive fluid polishing. Since abrasive particles can repeatedly impact the workpiece in a multidirectional way with high energy, the constrained abrasive fluid polishing method for optical glass has been proposed based on the abrasive fluid machining theory and elastic emission machining theory. A constrained abrasive fluid polishing system was designed and developed to polish K9 glass samples. Results show that K9 glass obtains a high accuracy with less fluid. Experiments indicate that,in a more effective,high-precision and environmental friendly way,constrained abrasive fluid polishing is possible to improve the quality of workpiece surface compared with free abrasive fluid polishing. In the process of removing materials of constrained abrasive fluid polishing,it gives priority to removing the materials of high spot and the high frequency error of smooth local zone can be modified. The abrasive particles can repeatedly impact the workpiece in a multidirectional way,and there are certain relationship among surface quality,material removal rate, and parameters such as speed,clearance, angle, time and particle size. In the process of constrained abrasive fluid polishing, it shows a high material removal rate,and it needn't to clamp workpieces. As a result,it could improve the processing efficiency significantly. The research on constrained abrasive fluid polishing has a practical significance and practical value in industrial production.     

Submerged culture of Magnetospirillum gryphiswaldense under N2-fixing condition and regulation of activity of nitrogen fixation

A submerged culture technique for Magnetospirillum gryphiswaldense under the nitrogen-fixing condition (microaerobic and N-limited) was set up. In N-limited medium with Na-lactate as a sole carbon source, the optical density (A_600nm) and activity of nitrogen fixation of cells were 1.3 and 217 nmol of ethylene produced per hour per A_600nm respectively within 21 h by three times of feeds. The pH and temperature were controlled at 7.2 and 30℃ respectively, and the oxygen concentration was controlled by sparging with N₂ containing 0.4%—0.8% of O₂. The activity of nitrogen fixation of cells was obviously inhibited by oxygen and ammonium. It indicated that the posttranslational regulation of nitrogenase existed in M. gryphiswaldense.     

超声振动辅助抛光BK7过程中聚氨酯抛光垫磨损行为

抛光光学玻璃等硬脆材料时常选用聚氨酯抛光垫,其微观形貌和磨损直接影响抛光精度和效率.本文对不同抛光时长下聚氨酯抛光垫微观形貌和磨损行为及其对材料去除率和表面粗糙度的影响进行了实验研究.结果表明：当主轴转速为8 000 r/min,进给速度为0.015 0 mm/s,轴向超声振幅为5μm时,材料去除率和表面粗糙度分别为0.977μm/min和153.67 nm.聚氨酯抛光垫在30 min内磨损量较小,随着抛光时长的增加,抛光垫表面孔隙逐渐被磨粒和玻璃碎屑填充,破坏抛光垫表面的疏松多孔结构,导致抛光垫表面硬化,失去弹性.同时,侵入抛光垫表面的磨粒会阻止抛光接触区域内的磨粒更新,导致抛光质量降低.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

单负材料填充包层的矩形波导模式特性

【目的】通过求解矩形波导模式特征方程,计算矩形波导横向场分布,研究电磁波在单负材料矩形波导中的传播特性以及该波导参数对其导模Exmn的影响规律。【方法】基于电磁场的波动理论和马卡梯里假设,利用图解法对波导有效折射率及横向电场分布进行求解,并分析波导模式的频率色散关系。【结果】该矩形波导的传播模式Ex0n和Ex1n为x方向衰减的表面模,仅当m1时,波导的传播模式才是振荡导模;固定波导芯子层厚度不变,当导波频率增大时,高阶模向高频方向移动的速度比低阶的快;保持m1,当m或n增大时,Exmn模式的截止点均向波导孔径增大的方向移动,且相邻模式的截止间距相等。【结论】单负材料包层的矩形波导既支持存在低阶表面模的条件,也支持存在高阶振荡导模的条件,波导孔径大小对导波模有很好的调制效果,可实现宽孔径多模传输和小孔径单模传输的功能。     

工业机器人光学加工中边缘问题的解决方法

现代光学系统发展到了自由曲面时代,也对其加工提出了更高要求.在镜面尺寸越来越大的背景下,工业机器人被逐步利用,但加工中的“边缘问题”依旧是难点之一.以进动气囊抛光头为原型设计并制作的柔性旋转抛光轮结构简单,能方便地搭载于工业机器人上,实现镜面边缘区域的加工,解决“边缘问题”.介绍了其原理、模型以及运动方式、下压距离、实物验证三个有关实验,展示了实验结果,并得到结论:合适的控制参数为下压距离小于1.5 mm,转速小于240 r/min.     

工业机器人在离轴非球面抛光中的坐标变换

提出了利用工业机器人模拟人工手修在光学器件抛光过程中的应用技术,并分析该技术的优势。在工业机器人加工过程中,对于曲面方程已知的自由曲面,要保持加工工具与被加工工件表面法线方向一直,提出了针对这种需求的空间坐标转换算法,并通过转换成机器人内部编程代码来实现。试验结果证明该算法稳定可靠,在机器人对自由曲面加工过程中保持路径上每个离散点保持工具垂直于镜面。