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.     

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。     

复杂曲面光学元件高精度面形检测技术概述

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及高科技民用事业的发展。然而,复杂曲面光学元件对面形精度要求较高,如何对其面形进行高精度检测从而指导加工成为限制该类元件大范围应用的瓶颈。文章对10余种常用的复杂曲面光学元件面形检测方法进行了分类梳理,按照是否采用干涉原理,将检测方法分为非干涉检测法和干涉检测法两大类,分别介绍了各种检测方法的原理和适用范围,回顾了各方法的发展历程,着重分析了几种典型方法进行面形检测的特点,并对未来复杂曲面光学元件高精度面形检测技术的发展趋势加以展望。     

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.     

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.     

二元光学在凸非球面零件检测中的应用

分析使用多种透镜组合成补偿镜对非球面进行背部检验,在各种传统检测方法的基础上,研究了一种新的检测方法——使用二元光学元件(CGH)作为补偿镜来检测大口径凸非球面,从而降低加工精度和减小系统体积.讨论了二元光学的原理和设计方法,并给出设计实例.     

激光埋种辅助刻蚀制备微凹透镜阵列

微透镜阵列作为微光学领域的一种重要元件,如何实现其高效加工一直是本领域亟需解决的技术环节.但是传统加工方法无法兼顾加工效率和加工质量,激光埋种辅助刻蚀方法可实现微凹透镜阵列的高效制备和微加工.本文回顾了这种新微加工方法的一系列探索工作,即采用空间光调制器对飞秒激光进行相位调制,提供一种"激光埋种辅助刻蚀"的方法.该方法利用相位调制得到的多个焦点替代单个焦点进行曝光,实现了对微凹透镜阵列的并行加工;同时,结合对多个焦点的相对能量和空间位置的调节,能够实现对每个微凹透镜形貌和光学参数的调控;从根本上改变了以往激光直写加工中对微纳结构逐点扫描的加工方式,从而实现了微阵列结构的高效、高质量加工.     

微沟槽周期结构表面的磁性复合流体微纳光整研究及实验教学装置应用

针对磁性复合流体黏度可控的特性,研究一种微纳沟槽表面可控抛光加工方法及工艺,实现低成本、可控微纳结构表面加工技术,并将其应用于微纳加工实验教学。采用磁性复合流体作为抛光液,设计端面式和圆周面式两种磁性复合流体抛光机构;根据周期性微米级沟槽表面结构特点,采用圆周面式磁性复合流体抛光机构进行微结构表面抛光加工实验;设计加工工艺,通过实验对比微沟槽周期结构表面加工效果,验证了实验装置及微结构可控抛光加工方法的有效性,实现微沟槽周期结构表面材料可控去除加工。该装置结构紧凑,使用与维护成本低,有效填补面向机械专业制造类课程的微纳加工实验教学装置技术空白。     

一种微光学元件制作方法初探

微光学元件能够实现传统光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。随着科技的发展,对微光学元件的加工与应用提出了越来越高的要求,其制作加工已成为阻碍微光学元件快速发展的瓶颈问题。本文研究一种将快速成形技术应用于微光学元件制作的方法,具有成本低、效率高、周期短和可实现任意三维结构制作等优点。     

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...     

微细电火花加工的关键技术分析

微细电火花加工方面的几项关键技术包括微小进给装置、微细电极的制备、微小能量加工电源、与其他技术组合的新型加工技术和微细电火花加工过程控制技术。比较了微小进给装置与传统的进给伺服系统的结构特点 ,并对各项微细电火花技术的技术特点进行了详细分析。微小进给装置的传动精度及系统的频响较高 ;微细电极的制备技术解决了圆柱、圆锥、螺纹等不同形状的电极或微小零件的制备及对硬质合金、聚晶金刚石等超硬材料的加工问题 ;可控RC脉冲电源技术易于调整脉冲能量 ,避免发生电弧性脉冲放电现象 ;微细电火花加工可与超声加工、电铸加工等技术组合形成各种复合加工技术 ;模糊控制技术可用于控制电火花加工过程。     

高频窄脉冲电解加工的机理研究

探讨了高频窄脉冲电解加工（HSPECM）的机理。结果表明：HSPECM的强脉冲效应，改善了电解加工极间的间隙特性；强压力波，大脉冲间反向电流以及微火花均产生强烈的去极化作用，改善了电流效率特性，缩小了加工截止间隙，这些均强化了阳极溶解的集中蚀除能力，并实现了微小间隙加工。工艺试验证明，上述变化可导致高加工精度，高表面质量和高效率。用HSPECM加工的型腔试件其圆度达到0.02mm，重复精度在0.05mm以内，表面粗糙度在Ra0.60μm以下，使电解加工从半精加工水平提高到了精加工水平。     

现代的精密和超精密加工技术

论述了精密加工和超精密加工技术的发展 ,现代精密和超精密加工的加工范畴、加工方法 ,及其在先进制造技术中的作用和地位 ;分析了各种因素对超精密加工精度的影响     

数控加工在传统制造业中的作用

通过对数控加工与普通加工特点的比较,研究分析数控加工方法在传统制造业的中作用,探寻数控工艺和普通工艺结合的途径.     

激光微细加工三维陶瓷表面

本文讨论了用激光对陶瓷零件表面作微细加工的一些基本问题，余量去除、已加工表面完整性和尺寸精度等，采用声－光调ＱＹＡＧ激光，可保证已加工表面的高度完整性，采用短焦深的聚焦光具并降低焦斑功率密度，可以减小已加工表面的尺寸偏差。     

轨迹误差建模的多轴联动机床轮廓误差补偿技术

为了提高数控机床多轴联动加工精度,减小由传动机构和运动部件质量、刚度、阻尼及摩擦等因素造成的轮廓误差,针对交叉耦合控制参数难以选择及容易使系统不稳定的问题,提出了一种针对多轴联动机床进行运动轨迹误差建模和补偿的方法.该方法通过测量机床的典型实际联动轨迹,来建立轮廓误差模型,实现了加工过程轮廓误差的实时估算和补偿.通过对x、y轴工作台的联动轮廓误差建模和补偿实验,证明此方法可以显著减小圆弧及曲率连续变化曲线轨迹的加工误差,从而提高了在高速条件下的数控机床多轴联动的加工精度.     

超大构件机加工中徐变补偿的定位拟合法

通过在机加工生产线外测量特征点的方法得到混凝土超大构件的毛坯模型,采用龄期调整有效模量法计算超大构件的混凝土徐变,在最小二乘定位拟合算法基础上设计徐变补偿定位拟合算法,以得到机加工时的精确毛坯模型.机加工时只需再次测量少量特征点,并利用徐变补偿算法得到的构件毛坯模型进行匹配,即可求得机加工模型.对某预应力混凝土轨道梁机加工的研究结果表明,徐变补偿的定位拟合法的拟合精度与在机加工生产线内再次测量所有特征点所得的拟合精度非常接近.     

基于氧化石墨烯微加热器的微气泡研究

氧化石墨烯具有良好的光热转换效率,能在微纳米尺度的区域内形成热梯度场。利用氧化石墨烯沉积在微纳米光纤表面可组成微加热器,输入红外光（ASE宽带光源产生的光）,微加热器会加热周围液体,并在微纳米光纤上产生微热气泡和椭圆形微气泡,但两者产生的行为方式不同。结果表明,微热气泡直接形成于氧化石墨烯微加热器表面,而当微加热器置于气液交界面时,椭圆形微气泡则形成于微纳米光纤上。该研究结果加深了对微气泡物理行为的认识,对发展新兴的基于气泡的光热转化设备起到了推动作用。     

提高列表曲线加工精度的计算机辅助加工

列表曲线在数控加工过程中存在编程繁琐,计算量大且加工精度不高等缺点,提出通过修改插补原理,用计算机辅助编程的方法来提高列表曲线的加工精度。经实际应用,不仅提高了加工效率,而且使加工精度得到提高。