王毅[1]2003年在《CCOS技术中磨头工作函数优化设计及工件去除量函数曲线的模拟》文中进行了进一步梳理本文首先论述了计算机控制非球面抛光的基本原理—Preston方程，对影响计算机数控抛光表面误差收敛速度的主要因素—磨头工作函数进行了详细的讨论。提出了以趋近因子作为评价磨头参数优化的参量。对目前流行的行星式磨头和平转动磨头分别作优化，给出了最佳参数组合，为提高计算机控制抛光的效率提供了理论依据。然后又采用加工仿真的方法，对工件去除量函数进行计算机模拟，针对工件中心和边缘去除量的不足的问题，给出了相应的解决方法，将计算机模拟抛光过程的理论计算和实际实验的对比，最后通过实验结果的分析，获得一些初步的结论。通过本文的研究，为非球面光学表面的数控抛光及误差修正提供了有效的方法。
阙银中[2]2008年在《计算机控制小工具抛光去除函数的优化设计及工艺研究》文中指出本文针对大口径非球面光学元件抛光,系统地分析了抛光机理,并归纳总结了国内外发展动态。重点对计算机控制小工具抛光加工方法进行了深入的分析和研究,根据Preston方程,建立两种运动方式的数学模型,对基于加工仿真的表面去除函数的模拟,得出了抛光加工工艺参数;经实际加工结果与模拟结果基本吻合,验证了此模拟优化方法的可行性,对实际的加工具有一定的指导性;同时对工件加工的边缘效应做了一定的分析,得出解决方法。制备出的光学玻璃元件达到的技术指标为:K9非球面光学镜片330mm×330mm,面形精度可达到λ/5;表面粗糙度Rq≤1.5nm。
刘振宇[3]2013年在《大口径非球面反射镜组合加工技术驻留时间算法研究》文中进行了进一步梳理非球面光学元件具有提高光学系统性能，简化系统结构，提高成像质量等优点，在现代光学系统中非球面元件有着广泛应用。根据光学的衍射理论，增大光学系统的口径是提高系统分辨率的有效手段。随着光学技术的发展，新一代的光学系统中所使用的非球面光学元件的口径越来越大，精度越来越高，对光学加工技术提出了更高要求。本文对组合加工技术进行了深入研究，通过理论分析和仿真实验与实际加工相结合，为有效提高大口径非球面反射镜加工效率和全频段面形误差一致收敛问题提供了有价值的科学根据。目前国内外采用的计算机非球面表面成型技术(Computer ControlledOptical Surfacing,CCOS)的理论基础大多是基于Preston方程。由于大口径非球面反射镜加工的材料去除量较大，因此要求CCOS的加工过程在具备较高面形收敛效率的同时还要有较快的材料去除效率，传统的单一加工方法的去除效率不能满足大口径非球面反射镜的加工需求，因此、本文提出了采用多磨头组合加工方式同时提高面形收敛效率和材料去除效率的方法以提高大口径非球面光学反射镜研磨与抛光阶段的加工效率。同时，通过组合加工实现全频段误差的一致收敛以提高加工过程中的精度。本文在实验室已有的工作基础上主要完成了以下工作。1、完成了组合加工技术的数学建模分析。根据经典CCOS技术数学模型建立了组合加工技术的理论模型。将加工的数学模型由反卷积卷积过程转变为矩阵求解过程。根据组合加工方法的特点分别建立了基于Tikhonov正则化方法，最小二乘法，迭代法的驻留时间求解方法。以矩阵运算为基础，在一次优化过程中同时对多个加工循环进行优化，将传统的单去除函数驻留时间求解过程进行扩展，实现多去除函数的综合优化求解过程。扩展了驻留时间求解范围，使大磨头和小磨头在加工过程中优势互补，实现对多个磨头多个加工循环的全局优化，提高了加工效率的同时抑制了中频误差的产生。通过模拟加工分析，结果表明：与经典的CCOS驻留时间求解算法相比，在加工效率明显提高的同时，RMS收敛率基本一致，同时中频误差得到明显抑制，该技术可以有效缩短加工周期，降低中频误差，具有很强的实用性。2、将多目标优化参数引入到驻留时间求解过程。基于大口径非球面加工特点分析了加工效率中两个主要因素：材料去除效率及面形收敛效率。研究了中高频误差产生的原因，对光学系统的影响并提出评价面形中高频误差的Slope-RMS参数。同时将加工效率与中高频评价参数引入组合加工驻留时间算法中，建立全频段面形误差一致收敛的组合加工策略。
王永刚[4]2010年在《Wolter-I型反射镜的加工及表面粗糙度检测》文中提出软X射线-极紫外波段复合型望远镜是空间天气预报以及科学研究的重要仪器。其中的掠入射成像系统主要应用于对太阳活动以及其它天体活动进行空间环境监测,系统采用Wolter-I型结构。本人的工作主要是围绕Wolter-I型反射镜的加工和表面粗糙度测量来进行的:1.根据Wolter-I型反射镜的特殊结构,在现有的条件下研制一台内非球面反射镜数控研抛机,该系统集快速铣磨成型、研磨抛光、在线检测叁项功能于一体。2.根据Preston方程和Hertz接触理论,推导出旋偏动模式下弹性球状小磨头加工Wolter-I型反射镜的去除函数理论模型。模型有两个:一种是基于工件保持不动,而磨头旋转的情况;另一种是基于磨头和工件都做旋转运动的情况。3.根据反射镜的旋转对称特性,确定以逐环带修正面形的方案加工Wolter-Ι型反射镜。研究了逐环带加工反射镜时的驻留算法,分析了不同驻留步长对加工面形精度的影响。当磨头-工件角速度比ρ=1.41时,两步加工法研抛后的表面质量最好。抛光时选择叁明治结构的方弧形磨头,使其在工件轴向上做往复震荡运动以浸液式的方法去除研抛阶段残留的中高频误差。4.研究掠入射X射线散射测量超光滑表面的方法,根据一级矢量微扰理论对各个样品所测量的散射分布进行处理;分析了系统误差中探测器接收狭缝的宽度和入射光束的发散度这两个因素对测量结果的影响。最终加工出的Wolter-I型反射镜的面形精度为PV:1.39μm;RMS:0.34μm;表面粗糙度为RMS:2.38nm;圆度均方根误差优于0.1μm。结果表明:提出的加工方法完全可行,表面粗糙度测量方法有效,为进一步加工符合设计要求的掠入射反射镜奠定了基础。
王旭[5]2010年在《固着磨料数控加工碳化硅反射镜工艺研究》文中研究指明随着空间科学技术的高速发展,空间相机在国防安全方面发挥着不可替代的作用,其战略功用日趋凸显。而空间相机中的核心元件—光学反射镜直接决定了空间相机的性能。由于其空间应用环境的特殊性,对光学反射镜的材料性能提出了极高的要求,而碳化硅材料则可以满足空间应用的大多数要求,因此得到了广泛的使用。但由于碳化硅的弹性模量高、硬度高等一系列特性决定了它非常难于加工。如果使用传统散粒磨料加工则效率较低、磨料浪费严重、加工质量不易控制而最终导致加工时间长、成本高等缺点。而固着磨料工艺不但能够克服传统工艺的上述缺点也可以充分发挥高速加工设备的优势,快速抛亮碳化硅工件。因此,本文主要将固着磨料工艺应用于碳化硅反射镜的加工,研究固着磨料工艺加工机理,优化工艺加工参数,定量分析固着磨料工艺加工质量。本文以金刚石树脂丸片加工碳化硅材料为研究对象,从丸片的多个特性及所加工的表面质量角度着手,进行了一系列的仿真及实验研究:(1)固着磨料加工碳化硅反射镜的微观去除理论模型研究从固着磨料加工碳化硅反射镜的微观过程入手,引入弹性力学对金刚石与碳化硅的接触类型进行判定,从定量化的角度描述了碳化硅材料去除率与众多加工参数之间的关系。并根据理论仿真结果,开展了一系列的验证实验,把理论结果与实验数据做了对比,并分析了对比结果。(2)固着磨料工艺去除稳定性研究从最基础的实验出发,分析了固着磨料丸片在不同的条件下加工碳化硅材料的工艺去除稳定性,并比较了各种规格丸片的加工结果。(3)固着磨料工艺加工表面质量评定研究通过对丸片加工表面的空间频率进行划分,把研究重点放在了中频段和高频段两个方向。在中频段利用成熟的PSD概念分析了实际加工表面;在高频段分析了理论仿真与实验结果之间的差异,并引入了分形理论及人工神经网络技术进一步分析了该工艺在高频段内的影响。(4)固着磨料抛光碳化硅反射镜的去除函数研究通过第二章的部分理论推导出了去除函数峰值理论模型并结合王权陡等人的理论工作基础共同确定了单一丸片的去除函数模型,并以此为基础建立了多丸片组合磨头去除函数模型,对模型进行了分析、优化,通过仿真结果与实验结果的对比最终得出了工艺改进措施。(5)固着磨料工艺全口径加工碳化硅反射镜使用改进后的工艺全口径加工了体育场形的平面碳化硅反射镜,通过长时间的加工过程考察了改进工艺后的组合磨头的稳定性。理论上分析了在特定加工参数条件下最终加工面形去除量分布,把结果与实际的加工面形去除量分布进行了比对分析。在最后,与散粒磨料工艺在加工稳定性上进行了横向对比分析。本文从去除机理、加工稳定性、加工表面质量评定、去除函数等几个方面对固着磨料加工碳化硅反射镜工艺进行了较为详细的研究,提出了较为实用的工艺改进,为以后的工程化应用奠定了基础。
范镝[6]2004年在《大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究》文中研究说明随着空间光学技术的发展,传统反射镜材料已经不能满足空间光学系统的要求。碳化硅(SiC)材料以其较高的弹性模量,适中的密度,较小的热膨胀系数,较高的导热系数,耐热冲击性,高的比刚度和高度的尺寸稳定性等一系列优秀的物理性质,引起了各国航天科学工作者的广泛关注。但是,由于碳化硅材料所具有高硬度、高弹性模量等性质,使碳化硅质反射镜的光学加工难度很大。掌握了碳化硅质反射镜的数控光学加工技术对于我国空间相机的制造具有重要意义。本文针对大口径碳化硅反射镜的数控光学加工中的关键技术进行了深入的探讨。1.加工设备简要介绍了实现碳化硅质反射镜数控加工的设备——FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心,包括其加工控制原理、主要技术指标、总体结构、数控系统结构和与之配套的ASM1.0软件主要功能等。2.数控研磨针对碳化硅反射镜的研磨机理进行了讨论,证明了碳化硅反射镜的研磨过程符合Preston假设,可以应用FSGJ-Ⅱ非球面数控加工中心进行研磨;并通过大量的工艺实验对磨料、磨料粒度、磨头材料、压力、转速等工艺参数对研磨效果的影响进行了讨论,并对工艺参数进行了选择。3.数控抛光在抛光方面,定性的对碳化硅材料的抛光过程进行了讨论;通过大量的工艺实验对磨料粒度、抛光盘材料、压力、转速、抛光液酸碱度等工艺参数对抛光效果的影响进行了讨论,并对工艺参数进行了选择;最后,测定了碳化硅样片的表面质量和一些光学性能。4.表面改性研究讨论了表面改性对碳化硅样片表面质量的优化,并进行了改性层的附着力和温度冲击实验。5.加工实例最后,简要介绍了有效口径为480×280mm的船形碳化硅质平面反射镜的数控光学加工和检测。加工后,有效口径内面形精度达到0.050λRMS。实践证明,本文的研究工作为大口径碳化硅质反射镜高效、精确的数控光学加工提供了一条有效的途径。
王毅, 倪颖, 余景池[7]2007年在《小型非球面数控抛光技术的研究》文中提出用计算机控制抛光的方法对小型非球面数控抛光技术进行了研究。对计算机控制小磨头抛光的材料去除作用进行了计算机模拟;依据计算机模拟结果,调整驻留时间函数,进行抛光补偿;最后,在自行研制的叁轴联动非球面数控抛光原理样机上高效地完成了70 mm左右非球面的抛光,各项指标达到了中等精度要求,表面粗糙度为2.687 nm,面形精度为0.45μm,且重复精度良好。结果表明,该技术有效提高了小型非球面光学零件的批量生产效率。
白杨[8]2015年在《磁流变抛光液的研制及去除函数稳定性研究》文中研究指明随着科学技术的发展,现代光学系统对光学元件的面形精度和表面质量提出了更高的要求,尤其是高精度非球面镜的应用越来越广泛。一直以来非球面镜的制造技术是光学制造的难点和热点。由于传统的加工方法在加工过程中存在磨头老化、磨头与工件的吻合差、去除函数不稳定等缺点,造成加工过程不易控制,加工效率较低,很难获得高精度非球面。磁流变抛光技术作为新一代高确定性光学加工技术,可以克服传统加工这些缺点,是非球面加工理想手段。磁流变抛光技术实现高效率确定性加工的关键在于确保加工过程中去除函数的高效和稳定性。去除函数的高效的稳定性主要取决于叁方面因素,一是磁流变抛光液的性能;二是循环控制系统的稳定性和准确性;叁是加工参数选择的合理性。因此,本文围绕这叁方面进行了深入研究,并利用研究成果对一块非球面镜进行了实际加工。本文主要研究内容:1.高性能磁流变抛光液的研制及性能测试通过对固体颗粒分散机理的研究,结合实际光学加工的需求,研制了性能优良的磁流变抛光液,提出了磁流变抛光液的配制流程,建立磁流变抛光液性能检测平台,并利用检测设备对液体的零磁场粘度、分散特性、流变特性进行了检测,验证所配制磁流变抛光液具有较低的零磁场粘度、良好抗沉降性和流变性,满足抛光需求。最后,对磁流变抛光液的性能进行优化,将磁流变抛光液配制成絮凝体系,提高了抛光液的去除效率并获得了形状理想的去除函数。2.磁流变抛光循环控制系统及其对去除函数的影响讨论了几种结构形式磁流变抛光设备的优缺点,基于自主研发的倒置式磁流变抛光设备,结合实际加工中对液体控制和加工后液体的清理等方面要求,构建了磁流变抛光的液体循环和成分控制系统。系统通过检测循环光路中沿程压实现对抛光过程中液体粘度的实时监控,并对液体成分进行实时补给,通过冷却水循环控制液体温度。同时,研究了抛光过程中温度和粘度变化对抛光液流量和去除函数的影响。最后,利用去除函数稳定性实验验证了磁流变抛光液的抛光稳定性和循环控制系统的准确可靠性。3.主要工艺参数对工件受力和去除函数的影响选择了两种工程中常用的材料BK7玻璃和RB-Si C,通过KISTLER力传感器研究了主要工艺参数变化了对加工过程中工件所受力的影响,同时分析了工艺参数变化对去除函数的影响,并比较了几种参数变化对加工两种材料影响的异同。最后,研究了正压力和压强以及剪切力和剪切应力与材料去除效率的关系。4.非球面的实际加工研究了应用磁流变抛光RB-Si C的材料去除机理,并分析了抛光后表面粗糙度。利用自主研制的磁流变抛光液和抛光设备对一块非球面RB-Si C反射镜进行了实际加工,加工后满足了改性前的面形和表面粗糙度的要求。研制了适用于硅改性层抛光的磁流变抛光液,分析了抛光粉含量的变化对去除函数的影响。通过去选择去除效率高和去除效率较低的两种抛光液,对硅改性后的表面进行了抛光,抛光后面形精度(RMS)达到λ/50(λ=632.8nm)。本文对磁流变抛光液体的配制和影响去除函数稳定性有关因素进行了深入研究。针对实际工程中常用材料,分别研制性能优良的水基磁流变抛光液,并建立了磁流变抛光液的循环控制系统,保证加工过程中去除函数稳定。分析了主要工艺参数对去除函数的影响,通过选择合理的工艺参数,获得高效稳定的去除函数,并成功应用于非球面光学元件的实际加工,取得了理想效果。
参考文献：
[1]. CCOS技术中磨头工作函数优化设计及工件去除量函数曲线的模拟[D]. 王毅. 苏州大学. 2003
[2]. 计算机控制小工具抛光去除函数的优化设计及工艺研究[D]. 阙银中. 长春理工大学. 2008
[3]. 大口径非球面反射镜组合加工技术驻留时间算法研究[D]. 刘振宇. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2013
[4]. Wolter-I型反射镜的加工及表面粗糙度检测[D]. 王永刚. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2010
[5]. 固着磨料数控加工碳化硅反射镜工艺研究[D]. 王旭. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2010
[6]. 大口径碳化硅质反射镜数控光学加工的研究[D]. 范镝. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2004
[7]. 小型非球面数控抛光技术的研究[J]. 王毅, 倪颖, 余景池. 光学精密工程. 2007
[8]. 磁流变抛光液的研制及去除函数稳定性研究[D]. 白杨. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2015
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