自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术

针对自由曲面光学组件的超精密制造这门崭新技术,开发出从自由曲面光学设计、CAD连续数据转化、自由曲面模型重构、多轴加工仿真与切削优化、加工误差补偿到自由曲面面形测量的集成制造信息平台。所开发的集成技术,能有效减少在同类多轴机床编写复杂数控程序的时间,优化加工条件与切削策略,针对不同类型的自由曲面光学零件的主工艺,进行数字化仿真,避免昂贵的反复试切试验,以及提高产品的面形精度。并通过一系列的试验来验证该集成平台的稳定性和有效性。

自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制技术

针对自由曲面光学元件的加工特点,研究气囊抛光自由曲面光学元件进动运动控制技术,用于求出气囊工具进动过程中两虚拟轴的转角,实现对气囊自转轴空间位置的控制。以气囊自转轴为研究对象,由于自由曲面光学元件上每个点的法线三维坐标都不相同且气囊进动抛光过程中气囊自转轴与工件加工点局部法线夹角不变,提出建立基坐标系和抛光点对应三维空间坐标系的方法,得到抛光过程中气囊自转轴的空间位置变化情况,而后利用旋转坐标变换得到气囊抛光进动运动控制模型;在所建立的自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型中加入控制算法,求出抛光自由曲面光学元件各点时气囊工具两个虚拟旋转轴的转角。利用Matlab对自由曲面光学元件不同方向截面进行仿真抛光试验,得到自由曲面各方向上气囊抛光进动运动曲线以及仿真进动角曲线,结果证明了自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制模型及控制算法的正确性。

超精密抛光自由曲面光学的表面生成

超精密抛光是一种新兴的用于制造高精度、高品质的自由曲面光学加工技术。该技术可突破其他自由曲面加工技术的限制,如飞刀铣削和快刀伺服加工的低效、非铁材料的局限等。然而,对超精密抛光中表面生成机理的理解,目前还不完善。探讨了超精密抛光过程中加工策略对表面生成的影响,进行了一系列抛光实验。研究结果表明:抛光表面的质量很大程度上依赖于加工过程条件及抛光策略的适当选择。抛光加工不仅可用于去除其他加工方式所产生的不利性刀纹,还可以产生功能性应用的结构性表面。该研究结果为深入理解超精密抛光自由曲面光学的表面生成机理,以及优化超精密抛光的表面质量,提供了重要依据和方法。

自由曲面光学透镜注射成型误差因素研究

自由曲面光学透镜注射成型误差对其光学性能将产生直接影响。注射成型过程中,注射工艺参数组合的优劣,直接影响成型误差的大小。为了获得高精密度的光学元件,就热塑性塑料的注射温度、模具温度、注射压力、保压压力及保压时间等主要工艺参数,对注射成型误差的影响进行综合研究,并且进行了实验验证。研究结果表明:适当提高注射温度与模具温度,同时采用高压注射、高压保压以及快速保压工艺,可显著降低注塑工件的体积收缩率,显著提高面形精密度,其光学表面面形误差小于0.1μm。可为注射工艺设计提供合理的依据。

自由曲面光学系统设计中目标面照度分布的优化

以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标,建立了LED路灯自由曲面光学设计时所需的道路路面照度分布优化模型,利用Lingo软件得到了次干路最佳照度分布,相比与基于均匀照度分布设计的LED路灯节能30%左右。

自由曲面光学虚拟制造与检测系统的探讨

自由曲面光学产品设计、制造与检测的工艺流程,通常采取试凑法逐次逼近。由于加工-检测-再加工,循环往复,既费时,成本又高,产生了瓶颈问题。为了解决此弊端,本文运用虚拟制造技术,提出光学虚拟制造的基本构想,即虚拟制造系统结构模型,给出光学系统虚拟原型的构成和光学系统成像质量虚拟检测系统的构成,讨论光学成像质量的仿真检测以及敏度分析方法。研究结果表明:运用虚拟制造与检测技术,可缩短研发周期,降低成本,优化工艺并提高产品质量。

超精密铣削加工自由曲面光学元件误差补偿方法

为提高超精密金刚石铣削加工自由曲面光学元件的加工精度和消除光学系统设计误差,提出了一种适用于多轴金刚石铣削加工的误差补偿方法。通过建立自由曲面光学元件铣削加工过程中的刀具误差模型,用于校正刀尖半径误差、径向偏移误差以及刀具不平整度误差。标准球面测试结果显示其主要误差源产生的残余误差由194nm降低为40nm。在黄铜工件表面加工得到的自由曲面光学表面峰谷值误差和残余误差分别为336nm和49nm,证明了该误差修正方法的有效性。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏序言

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。

自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制方法验证

自由曲面光学元件因其优越的光学性能得到越来越广泛的应用,当前已提出一些自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制方法。针对这些进动运动控制方法进行实验加工验证,首先介绍了较为主流的进动运动控制理论,并总结了实验加工操作方法,根据已有的进动运动控制方法计算出气囊抛光机器人两虚拟轴的转角,并将转角值输入到气囊抛光机床进行实验加工。最终加工的工件表面质量符合要求,证明了已有的自由曲面光学元件气囊抛光进动运动控制方法的正确性。

自由曲面光学透镜平滑DMD扫描光刻图形边缘

数字微镜阵列扫描曝光图形在某些方向的边缘存在约一个像素的锯齿,对此设计自由曲面光学透镜,将其安装在距离数字微镜阵列窗口玻璃1mm附近,使微镜阵列成像线性错位,在保持原有线宽和光刻效率的情况下,平滑曝光图形边缘.理论分析了微镜阵列成像线性错位形式及其表达式.根据物像映射原理,用Matlab软件计算出自由曲面光学透镜面形初始数据,通过Zemax软件优化得到理想透镜模型,模拟了安装该透镜模型前后曝光图形效果.结果表明:在±2μm容差范围内,安装该透镜且曝光总能量为原来的0.9倍时,曝光图形的横线边缘锯齿由0.14个像素缩小至0～0.01个像素,斜线边缘锯齿由0.338个像素缩小至0.110～0.125个像素,且线长变化范围为-0.153～0.05个像素,线宽变化范围为-0.058～0.153个像素,变形范围不影响10～30μm pcb板的制作精度.该方法可同时提高能量利用率,降低光源成本.

自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统与精度建模

为了解决自由曲面光学透镜光学表面面形的高精度测量问题 ,提出了一种可用于自由曲面光学透镜面形测量的图像变换光学曲面面形测量系统。从测量系统的测量原理出发 ,分析了测量过程中各种误差对测量精度的影响 ,推导出了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量误差公式 ,建立了自由曲面光学透镜的图像变换面形测量系统的测量精度数学模型 ,得到了该测量系统具有很高测量精度的结论 ,并且用实验给予验证。

自由曲面光学零件的慢刀与快刀车削技术分析

分析比较了慢刀伺服和快刀伺服两种先进车削方式在机床结构、进刀方式、伺服特点及适应对象等方面各自的特性,并给出了各自可加工光学零件的实例。

自由曲面光学的超精密加工技术及其应用

突破传统光学成像系统设计理论和方法,将自由曲面引入光学成像系统中,极大地提高了系统的成像质量和能量的传输效率;采用先进数控超精密制造技术加工自由曲面光学元件,解决了自由曲面光学元件加工的技术瓶颈。开发了自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法,以及多轴超精密数控加工光学自由曲面的自动编程及其刀具轨迹仿真系统,建立了自由曲面三维拓扑预测模型与优化系统,研发了多个自由曲面测量及评估方法,并搭建了自由曲面光学设计、加工、测试一体化的集成平台。上述核心技术有助解决国际上对复杂自由曲面光学元件在超精密加工及纳米级表面测量中的关键技术难题。研究成果推动了超精密加工及纳米测量领域内的技术进步。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力、光学曲面制造与检测技术的快速发展。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏 征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转1拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力、光学曲面制造与检测技术的快速发展,这一类被提出近一个世纪、具有强大像差校正能力、可为光学系统设计优化提供丰富自由度的光学自由曲面,终于从梦想走向现实,并在诸多成像系统与非成像系统中有着越来越多的重要应用,被誉为21世纪光学领域的-次“变革”。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏 征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力光学曲面制造与检测技术的快速发展,这一类被提出近一个世纪、具有强大像差校正能力、可为光学系统设计优化提供丰富自由度的光学自由曲面,终于从梦想走向现实,并在诸多成像系统与非成像系统中有着越来越多的重要应用,被誉为21世纪光学领域的一次“变革”。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力、光学曲面制造与检测技术的快速发展,这一类被提出近一个世纪、具有强大像差校正能力、可为光学系统设计优化提供丰富自由度的光学自由曲面,终于从梦想走向现实,并在诸多成像系统与非成像系统中有着越来越多的重要应用,被誉为21世纪光学领域的一次“变革”。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力、光学曲面制造与检测技术的快速发展,这一类被提出近一个世纪、具有强大像差校正能力、可为光学系统设计优化提供丰富自由度的光学自由曲面,终于从梦想走向现实,并在诸多成像系统与非成像系统中有着越来越多的重要应用,被誉为21世纪光学领域的一次“变革”。

“自由曲面光学系统设计技术”专栏征稿通知

随着科学技术的发展,人们对光学系统的性能要求越来越高。受限于轴旋转对称的面型约束,传统球面和非球面已逐渐无法满足现代光学系统高性能和小型化的发展要求。光学自由曲面是一类非旋转/拉伸对称面型的总称,构成十分丰富。近些年来,得益于光学系统设计理论、计算机运算能力、光学曲面制造与检测技术的快速发展,这一类被提出近一个世纪、具有强大像差校正能力、可为光学系统设计优化提供丰富自由度的光学自由曲面,终于从梦想走向现实,并在诸多成像系统与非成像系统中有着越来越多的重要应用,被誉为21世纪光学领域的一次“变革”。

融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示系统设计

光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力;全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中,将自由曲面与全息光学元件相融合,可以获得较为优秀的系统指标和系统性能,使系统形态更加紧凑、轻便,且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等,阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法,基于对全息光学元件的分类,总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用,讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。