大口径高陡度离轴非球面精磨阶段的数控加工

对大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中遇到的矢高变化率太大、磨头去除特性改变等技术难题进行了深入细致的研究,并提出了相应的解决方法。首先,通过坐标变换降低高陡度离轴非球面的矢高变化率;然后,给出了磨头沿非球面的法线方向进行数控加工的具体实施方法;最后,对轮廓检验的结果进行修正,使之在法线方向投影,从而使数控加工能更加准确有效地控制面形误差收敛。给出了数控加工实例,精磨阶段达到面形精度PV:10.502 8μm,RMS:0.829 3μm。结果表明,提出的方法在工程中完全可行,并有较高的收敛效率。

ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削工艺

为了实现新型红外陶瓷ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,首先根据ALON的材料属性和高陡度薄壁保形非球面的结构特性,进行了其超精密磨削加工工艺性分析,并基于有限元计算方法,完成了面向ALON高陡度薄壁保形非球面的精密夹具的设计以及关键参数的优化。然后完成了ALON的超精密磨削工艺实验,工艺实验结果表明减小工件转速和砂轮粒度都会降低ALON的平均表面粗糙度Ra值,但砂轮粒度对磨削后ALON的表面粗糙度影响更显著。最后实现了ALON高陡度薄壁保形非球面的超精密磨削加工,磨削后的ALON高陡度薄壁保形非球面的面形精度PV值为2μm,表面粗糙度Ra值可达8.6nm。

高陡度精密光学非球面CAM系统

本文提出了采用计算机控制光学表面成型（ＣＣＯＳ）技术用于高陡度精密光学非球面成型的一种方法，并阐述了ＣＣＯＳ的工艺流程，设计了相应的ＣＡＭ系统。该系统具有五个运动自由度，通过使一个小磨盘作三维平动并同时摆动，旋转工件而使磨头能始终垂直于加工点表面，以利加工高陡度非球面。此系统的加工口径可达φ３００ｍｍ，相对孔径Ｆ＝１．５。

高陡度保形光学非球面环形子孔径检测方法

环形子孔径拼接技术检测大口径、高陡度光学非球面具有低成本、高效率的特点。提出一种基于最小二乘法和泽尼克多项式拟合的环形子孔径拼接方法检测高陡度光学非球面。研究了环形子孔径拼接算法的基本原理,对环形子孔径的划分方式进行数学公式推导及参数运算,建立被测非球面的有效数学模型。全口径的拼接结果与原始波面基本一致,二者PV和RMS差值分别为0.015 1λ、0.004 7λ(λ为632.8 nm),残差的PV和RMS值为0.043 5λ、0.005 2λ,验证该算法的有效性和准确性。

高陡度非球面光学元件加工技术研究

高陡度非球面光学元件因形状特点,其毛坯成形、研磨和抛光等加工技术难度远高于传统的球面元件。其加工过程中根据不同材料和不同加工阶段分别应用化学气相沉积(CVD)精密复制方法、单点金刚石车削(DPT)、金刚石磨削、确定性微研磨(DMG)、磁流变抛光(MRF)和射流抛光等先进制造技术。分析高陡度非球面光学元件的形状特征,重点讨论高陡度非球面光学元件的加工技术及关键工艺,针对凹面抛光加工等技术难点做出工艺分析。

高陡度镜面干涉检测的仪器传递函数标定(特邀)

由于仪器传递函数(Instrument Transfer Function,ITF)能准确反映仪器在空间频率上的响应特征,被广泛应用于仪器规范之中。目前多采用刻有单一台阶特征或不同周期正弦特征的平面测试板对干涉仪的ITF进行检测。针对平面测试板无法完成高陡度球面/非球面镜检测时ITF标定的问题,提出了根据球面台阶测试板标定高陡度镜面检测的子孔径拼接ITF的方法。通过超精密车削技术制作了球面台阶测试板,并对其进行拼接检测,根据梯度定位法和旋转矩阵完成检测孔径中台阶的定位及采样,利用傅里叶变换方法实现对台阶实测面形的功率谱密度求解,最后与理想面形功率谱密度做比获得ITF。对口径100 mm、曲率半径100 mm、带有同心圆环台阶结构的球面台阶测试板进行拼接检测以及数据分析,实验结果表明:在1 mm-1的空间频率范围内,各个子孔径对高陡度镜面的检测水平平均可达到82.72%,具有较好的检测精度,随后ITF逐渐衰减,当空间频率在1.5 mm^(-1)左右时,仅能达到40%~60%。

高陡度非球面磨削亚表面损伤深度规律

具有高陡度非球面特性的光学元件可以明显改善光学系统的空气动力学性能,从而提升和优化系统综合性能。磨削加工方法可以作为此类元件的前期加工工序,而磨削难免会造成零件的亚表面损伤,且在这种高陡度非球面磨削加工中磨削参数是实时变化的,造成整个工件亚表面损伤深度不一致。针对这种情况,建立亚表面损伤预测模型,并结合半球形砂轮磨削的特点,通过理论计算预测非球面磨削亚表面损伤深度分布规律。在此基础上,以热压多晶氟化镁平面为对象进行模拟参数实验,通过磁流变抛斑点法得到各组参数下亚表面损伤深度情况,结果显示损伤深度范围在12.79μm^20.96μm之间,且沿试件半径方向由内向外呈增大趋势,结果与预测模型相吻合。

大口径高陡度离轴非球面精磨阶段的数控加工

通常在大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中对于高陡度离轴非球面矢高的变化率比较高,它是通过坐标的变换来降低的,其中磨头去除特性改变以及相关的技术问题,对于这些数控加工问题,要得到相应的解决方法。因此在数控加工中要具体的步骤有:首先要通过坐标变换来降低高陡度离轴非球面的矢高变化情况;在将磨头沿着非球面的法线方向实施具体的加工方法 ;之后要对整个加工过程的轮廓进行检验,保证结果合理,并且使得在法线的方向能够投影,这就为数控的加工提供了准确性,收敛了其中的误差值。

高陡度薄壁光学零件在位测量与评价方法研究

为了满足空气动力学要求,采用共形薄壁结构的整流罩或光学窗口成为未来高速飞行器的发展趋势。但是这类零件在加工过程中,切削力会随着轴向位置发生改变,一次加工难以达到精度要求,需要通过在位测量、补偿加工来控制切削力变化所引起的面形误差。以超精密车床作为运动平台,设计高陡度薄壁光学零件的在位检测系统,研究测点分布的优化算法,实现测量效率和测量精度的统一;建立热变形误差修正模型,提高高陡度薄壁光学零件在位测量的精度。针对某型高陡度薄壁头罩,通过在位测量为补偿加工提供指导,将头罩表面误差由峰谷比(peak-tovalley,PV)3.1μm控制到PV 0.7μm,将同轴度控制到1.02μm,满足光学系统的性能要求。

大口径高陡度离轴非球面精磨阶段的数控加工分析

在大口径高陡度离轴非球面的数控加工过程中对于高陡度离轴非球面矢高变化率的变化是通过坐标的变换来降低的;同时在数控加工过程中指明了磨头沿非球面的法线方向的具体操作方法;再修正轮廓检验结果,使其投影方向在法线上,最终达到精确的数控加工。

连续激光色谱合束高陡度薄膜设计及制备

基于高陡度双色膜的激光合束是在单路连续激光输出能量达到瓶颈时,实现更高功率激光输出的有效技术方案之一。从设计、精密制备、测试表征的角度系统性地分析了膜系结构的优化设计和精密制备策略,制备了具有更高陡度、反射率、透过率、吸收率等性能的高陡度双色膜。对比了法布里-珀罗腔叠加带通和反射带叠加长波通基础膜系结构在透过率、反射率、陡度等光谱性能和膜层电场分布方面的差异,反射带叠加长波通膜系结构更适用于高功率连续激光的低吸收传输。基于双离子束溅射薄膜沉积设备,采用加权宽光谱监控方法进行了制备,采用分光光度计对制备样品进行了测试,并根据测试结果进行了误差分析。制备的高陡度双色膜陡度达到8 nm,1060 nm和1080 nm激光的合束效率达到99%以上,合束输出7.16 kW连续激光180 s时,双色膜温升不超过4℃。

深紫外高陡度滤光膜的研制

为抑制非相干光产生的干扰,提高紫外单色仪的分辨率,本文选择Al2O3、AlF3分别作为高、低折射率材料,在熔融石英基底上设计并制备了深紫外全介质高陡度滤光膜。通过优化沉积工艺及膜层应力分析方法,解决了薄膜应力过大所导致的膜裂问题;并对实验结果进行反演分析,通过优化监控方法提高了膜厚控制精度。制备的深紫外高陡度滤光膜在232~400 nm平均透过率为97.67%,在115~228 nm平均透过率为0.61%,过渡区陡度为3.6 nm,满足紫外单色仪的使用需求。

高陡度光学非球面高效制造的探讨

分析了计算机控制光学表面成形法、计算机控制应力盘抛光、磁流变抛光制造光学非球面元件的几项先进技术,探讨了光学元件的高速、高效加工,提出了高陡度光学非球面的固着磨料研磨加工。

高陡度内表面精密车削的刀具稳定性研究

通过分析高陡度内表面精密车削刀杆振颤的原因、动态特性及其对加工表面质量的影响,建立动力学模型,分析稳定性条件;通过优化设计,将刀杆刚度提高2.52倍;在此基础上,以口径为124mm、长径比为1.16的典型MgF2高陡度头罩为对象开展精密车削实验,测试结果表明加工表面粗糙度稳定达到Ra3.1nm,满足红外光学头罩的使用要求,验证了理论分析的正确性。

确定性磁射流抛光技术

介绍一种新型的磁场辅助稳定射流的确定性精密抛光技术——磁射流抛光技术。磁射流抛光利用局部外加轴向磁场固化含有磨料的磁流变液射流束,产生准直的硬化射流束进行相对远距离的确定性精密抛光。介绍该工艺的工作原理,其次定性分析了聚束射流形成的原因,通过一系列试验验证了该工艺精密抛光深凹表面的可行性,还进行磁射流去除波纹度的试验研究,基于计算机控制光学表面成形技术进行去除函数的优化计算。试验结果表明磁射流集束性好,对于抛光距离不敏感,因此在高陡度的凹形光学零件和内腔等复杂形面的确定性精密抛光中具有潜在的独特优势。

磁射流抛光技术研究

磁射流抛光技术是一种新型的确定性精密抛光方法。磁射流抛光利用局部外加轴向磁场固化含有磨料的磁流变液射流,产生准直的硬化射流束进行相对远距离的确定性精密抛光。介绍了该工艺的工作原理,聚束射流形成的理论分析,并通过一系列实验验证了该工艺的优势。实验结果表明磁射流集束性好,对于抛光距离不敏感,因此在高陡度的凹形光学零件和内腔等复杂形面的确定性精密抛光中具有潜在的独特优势。

基于模糊评判的底盘残留矿石回收方法优化选择

缓倾斜矿体的开采是世界性采矿难题,国内外目前尚无有效回收回采后底盘上残留的矿石。通过理论分析开采损失,并针对矿体开采技术条件,采用模糊综合评判方法对底盘残留矿石回收方案进行优化选择,将各回收方案的评价指标进行量化分析,首次在国内引进新型高陡坡耙装机采集采场底盘上残留的矿石。

内凹面磁流变槽路抛光方法的研究

针对高陡度非球面光学元件的内凹面抛光难题,提出了一种内凹面磁流变槽路抛光方法。设计与待加工内凹面形状匹配的凸模,并在凸模上开出供磁流变液循环通过的槽路,当磁流变液经过设有磁场的区域时发生流变作用形成柔性抛光磨头对内凹面产生材料去除作用。通过工件的旋转和外部磁极的移动完成对整个内凹面的抛光加工。建立了实验平台并开展了相关初步实验和分析。结果表明该方法能够适应内凹面抛光加工的需要,可获得较高表面质量,具有一定的可行性和应用潜力。

机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光

传统的磁流变抛光工艺采用抛光缎带的固定位置对工件进行法向加工,由于机床转轴的行程限制,工件陡度较高区域不可达,当前基于等效磁场原理的变切触点抛光方法存在着等效磁场实现成本高,没有充分发挥机械轴与虚拟轴相结合的抛光能力等问题。本文针对这些问题提出了一种用于加工高陡度曲面元件的方法,分析了保证去除函数稳定的磁场特点,通过磁场测量实验验证了磁场的稳定范围,通过采斑实验确定了去除函数稳定的虚拟轴范围为±12°,提出了将虚拟轴与机械轴复合使用的加工方法,并基于刚体变换实现了该加工方法下的坐标解算。最后,通过增加倾角的球面件抛光实验,将球面元件95%口径的PV值收敛为0.096λ,RMS值收敛为0.012λ,实验结果表明虚拟轴和机械轴复合抛光方法具有针对高陡度曲面的修形能力。