面形精度

摘要： 为降低子镜促动器负载,保证拼接式主镜的面形精度和稳定性,针对子镜组件进行了一体优化设计。根据子镜组件设计要求初步确定了子镜的结构形式,基于反射镜背部三点支撑方案提出了一种开槽横梁多轴柔性支撑结构。为解决组件一体优化设计中引入变量过多,不易收敛的问题,设计了一种基于多岛遗传与梯度优化的组合优化算法。建立了以结构重量、面形精度为目标的优化模型,对子镜组件进行了一体设计、工程分析及试验验证。工程分析结果表明:子镜组件结构重量为1.74 kg,X、Y、Z三个方向上的基频均在400 Hz以上,面形精度均控制在5 nm以内。最后对子镜面形进行了检测,结果显示:子镜面形精度的RMS值为0.019λ(λ=632.8 nm),满足优于λ/50的设计要求,验证了设计和分析的准确性,表明针对子镜组件的一体优化设计方法是合理的,为空间相机反射镜支撑结构组件级一体化设计提供了新思路。

摘要： 近年来,磁流变抛光作为一种确定性加工方法已成为获得高精度非球面的重要手段。作者以回转对称二次抛物面为例,分析了磁流变抛光中使用抛光轮校正工件位置的理论方法,并通过实验在Φ230 mm熔石英样件上验证对刀理论,分别在X方向和Y方向以少于3次的调整次数校正工件位置,实现了X方向、Y方向偏置量均低于0.009 mm;采用磁流变抛光技术对工件进行了修形实验验证,加工后面形精度RMS由λ/7收敛至λ/40。实验结果表明:作者提出的非球面工件位置对刀校正方法简单、可靠,能够很好地对工件进行精确定位,利于高精度非球面磁流变抛光加工。

摘要： 自由曲面光学元件与球面和非球面光学元件相比能够提供更高的光学设计自由度,应用于成像光学系统有利于简化系统结构和改善成像质量,在新一代空间光学遥感领域具有广阔的应用前景。为了提高铝自由曲面反射镜的制造精度,使用快刀伺服加工(FTS)方法对铝材质、XY多项式形式自由曲面反射镜进行了加工实验,采用扫描电子显微镜对加工表面形貌进行观察,并通过轮廓仪测量其面形精度和表面粗糙度。研究了进给率、主轴转速、切削深度对表面粗糙度的影响,并分别建立了进给率、主轴转速、切削深度与表面粗糙度的多项式和线性拟合曲线。结果表明:铝自由曲面的粗糙度受切削深度和主轴转速的影响较小,受进给率影响较大,随着进给率的增大,表面粗糙度逐渐增大;铝自由曲面的粗糙度跟进给率、主轴转速、切削深度的关系曲线拟合程度较高。最终加工完成的表面面形精度PV达到3.786μm,表面粗糙度Ra值为3.5 nm,实现了自由曲面铝反射镜的高精度镜面加工。

摘要： 为了满足航空光电平台对可见/红外双波段两轴快速反射镜面形精度和动态性能的高要求,针对性地设计了轻量化平面反射镜和柔性结构。对快速反射镜结构的设计方法进行了归纳,明确了快速反射镜结构的设计要素,分析了装配误差的影响。设计了背部中心支撑轻量化反射镜,通过定位工装实现了电机高精度装配。基于十字型柔性轴承,实现了双轴柔性结构的设计。最后,对快速反射镜的面形精度和模态进行了仿真和实验测试。实验结果表明,平面反射镜的面形精度(RMS)优于0.017λ(λ=632.8 nm),快速反射镜闭环带宽优于200 Hz,X向和Y向的定位误差皆低于1.2μrad。在满足高面形精度和高动态性能的基础上,该快速反射镜实现了小型化和模块化,能够在复杂的航空环境下稳定可靠地工作。

摘要： 扫描反射镜在红外光学、空间遥感等领域有着重要应用,由于其薄壁特征以及铝合金材料质软性,在制造过程中极易产生加工变形,导致反射镜面形精度很难满足光学系统需求。本研究通过飞切仿真和装夹变形模拟,分析飞切加工中切削参数和装夹方式对扫描反射镜面形精度的影响。研究表明,采用较高的主轴转速、较低的进给速度和切削深度,可使工件表面张力和切削力减小,切削过程稳定;采用后端面支撑的方式进行装夹,可减小加工变形。对扫描反射镜进行飞切加工验证实验,并借助Zygo激光干涉仪检测面形精度,结果显示,加工后工件面形误差PV值为0.186μm,满足光学系统需求。

摘要： 依据FAST射电望远镜主动反射面相关结构和工作原理,针对射电望远镜面对不同方向天体观察时主动反射面需要调整的问题,采用改进的非常快速模拟退火算法对射电望远镜曲面进行优化。以主动反射面单元面板的结点及其下拉索促动器为研究对象,采用面形精度来反映反射面瞬时拟合程度。利用机理建模方式确定工作面范围和理想抛物面方程;在满足约束条件的情况下,建立以工作面与理想抛物面拟合程度最高为目标的优化模型。为提高算法效率和拟合质量,求解采用改进的非常快速模拟退火算法,并与其他算法求解的结果进行比较分析。Matlab仿真与求解结果表明:改进的非常快速模拟退火算法较普通算法收敛速度更快,拟合结果更优。

摘要： 传统的空间反射镜存在研制周期长、成本高的问题,为了缩短反射镜的研制周期并节约成本,将拓扑优化与增材制造技术相结合,以满足反射镜面形精度要求为前提,对高轻量化率的反射镜结构进行了拓扑优化设计与增材制造。首先,在确定反射镜材料和初始参数后,建立了反射镜的拓扑优化数学模型,并在拓扑优化中引入了可制造性约束,获得了满足面形精度要求的反射镜背部创新加强筋结构;然后,对反射镜模型进行了有限元分析,分析了缩比模型与原尺寸模型的等效性;最后,采用选区激光熔化技术,以AlSi10Mg铝合金粉末为材料,进行了反射镜缩比模型增材制造试验。研究结果表明:在自重载荷下,光轴竖直方向裸镜面形精度达到峰谷值164.3 nm,均方根值27.6 nm,优化后的反射镜质量为4.75 kg,轻量化率达到了85%,实现了反射镜高轻量化率设计;采用增材制造技术后,获得了高度还原拓扑优化反射镜结构的效果,可为空间反射镜的高效研制提供参考。

摘要： 目的为了提高非球面光学模具的表面质量和加工效率。方法分析当前非球面超精密抛光方式及其特点,针对小口径非球面光学模具,提出一种小球头接触式抛光及磁流变抛光的组合加工方法,对小球头进行设计,并抛光碳化钨圆片,对比小球头接触式抛光及轴向、径向、水平方向磁极的永磁体球头的磁流变抛光的加工性能。分别对编号为1#、2#、3#等3个相同轮廓形状的碳化钨非球面模具进行单一方式抛光试验和组合加工试验。结果通过对小球头抛光碳化钨圆片的加工性能进行分析发现,接触式抛光小球头的去除率为926.5 nm/h,表面粗糙度达到4.3961 nm;轴向、径向、水平方向磁极的永磁体小球头磁流变抛光的去除率分别为391.7、344.3、353.7 nm/h,表面粗糙度分别为1.4252、1.8776、1.8875 nm。对采用组合加工方法抛光碳化钨非球面的有效性进行验证时发现,非球面1#在单一接触式抛光60 min后表面粗糙度从8.7866 nm降至3.6932 nm;非球面2#在单一磁流变抛光60 min后表面粗糙度从8.2121 nm降至1.6745 nm;非球面3#在组合抛光方法下先进行15 min接触式抛光,再进行15 min磁流变抛光,表面粗糙度从8.5972 nm降至1.2694 nm,面形精度由175.2 nm提高到138.4 nm。结论组合加工方法可以弥补单一抛光方法的缺陷,并能有效地提高工件的面形精度。与单一接触式抛光方法相比,组合加工方法获得的表面质量更好,抛光后表面粗糙度为1.2694 nm,远小于单一接触式抛光下的3.6932 nm;与单一磁流变抛光方法相比,组合加工方法更高效,将样件抛光到同等级别粗糙度所需时间从60 min减少至30 min。

摘要： 对刀精度是影响加工工件面形精度的主要因素之一,为了实现平面或球面零件在超精密车削过程中的高精度对刀,设计了一种基于CCD传感器的光学对刀装置.通过LVDT对刀装置粗定位、光学对刀装置精定位的粗精结合的方法,快速准确地测得刀具的中心高、刀尖圆弧半径以及刀具定心坐标,重复对刀精度达到1 μm,实现精确对刀.对刀装置应用于自研三轴金刚车SGDT350机床,实现了直径75 mm、顶部球径为250 mm的凸球面铝件超精密加工,其面形精度PV达到0.24 μm.进一步证明了该对刀装置的精度以及该方法的有效性,同时大幅提高了对刀效率.

摘要： 介绍一种采用新型抛光吸附垫进行粘接的加工方法,与传统采用火漆、沥青、蜡等作为粘接胶加热上盘方法相比,此法不仅操作简单方便、快提,省去加热胶盘、下胶清洗等繁杂工序,降低零件(某些特殊材料)在加热过程中可能造成的报废风险,而且抛光盘上及抛光完工零件下盘后光学元件表面面形精度变化量较小,优于传统粘接方法。

摘要： 碳化硅陶瓷具有高强度,低密度,高的化学稳定性等性质,成为制作非球面反射镜的理想材料.选择圆弧面砂轮磨削非球面碳化硅反射镜,基于往复式磨削方式对非球面反射镜的残余高度进行了建模,通过残余高度与面形精度的几何关系,建立了面形精度预测模型并进行了仿真分析.面形精度模型仿真结果表明,随着截圆弧长的增加,面形精度降低;随着倾角的增大,面形精度降低;随着砂轮基圆半径的增加,面形精度提高;随着砂轮圆弧半径的增加,面形精度提高.其中截圆弧长和砂轮基圆半径对面形精度影响较大.

摘要： 复合结合剂金刚石丸片结合了金属结合剂和树脂结合剂的优点,它在加工工件时既具有较好的整体保形能力,又能使丸片表层金刚石磨粒能适度退移,可加工出较高面形精度的等切深表面.其中丸片中结合剂的成分及比例的不同,其对光学玻璃的切削特性也不一样,具体表现在加工后工件的表面粗糙度和工件的面形精度.为了表征不同配比下复合结合剂金刚石丸片的加工特性,本文将建立复合结合剂金刚石丸片特性指标模型,并实验验证其对加工工件的面形精度和表面质量的影响,从而可指导加工用复合结合剂金刚石丸片的预选型.

摘要： 为了实现新型ALON高陡度保形光学元件的超精密磨削加工,首先对ALON进行了超精密磨削加工工艺研究,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,采用D3粒度的金刚石砂轮可获得Ra值5nm的表面粗糙度,并基于以上结论确定了ALON高陡度保形光学元件加工工艺步骤.最后实现了ALON高陡度保形光学元件的超精密磨削加工,磨削后的ALON高陡度保形光学元件的面形精度PV值为2μm,表面粗糙度Ra值可达8.6nm.

摘要： 随着数字化雷达技术的不断发展,近年来对雷达天线面形精度的动态测量要求越来越迫切,但迄今这一问题在国内尚未得到解决,本项目旨在研究大型雷达天线三维面形动态视觉测量的相关理论、方法及关键技术,提高中国大型雷达天线的设计制造水平.研究成果将使中国在该研究领域的核心技术上获得自主知识产权,对于推动大尺寸三维动态测量技术的发展与应用具有重要意义.

摘要： 自第一台激光器诞生以来,激光技术的发展一直推动着光学元器件的发展.在诸多的光学元器件之中,薄膜元件是关键器件之一.近年来,激光器的快速发展更是为光学薄膜带来了前所未有的机遇与挑战.激光系统对光学薄膜的性能要求主要包括:光谱性能、损伤阈值和面形精度.此外,对于一些特殊使用环境的系统而言,还要求薄膜元件具有良好的环境耐受性.

摘要： 为了降低重力载荷和温度载荷对空间相机大口径主反射镜面形精度的影响，从材料的选择、支撑方式、支撑点数量和位置的确定、轻量化形式及反射镜支撑结构等方面对某空间大口径主反射镜系统进行详细的设计。提出了一种背部开口、三角形轻量化孔、背部三点球铰支撑的空间反射镜结构系统形式。运用CAE工程分析软件对反射镜系统的动、静态特性和热特性进行了仿真分析，分析结果表明，重力和5°C温升载荷作用下反射镜面形精度PV＜λ/10,RMS＜λ/50（λ=632.8nm），反射镜组件一阶固有频率291 Hz，具有足够高的动静态刚度和热尺寸稳定性，满足空间应用要求。

摘要： 利用应力重叠技术的方法，对超薄反射镜的加工工艺和方法进行了探讨研究。通过加工实例验证了应力重叠技术加工方法的可行性。利用干涉仪对加工的口径Φ00 mm，厚度为2.8 mm，曲率半径为3 000 mm的球面反射镜进行检测，检测结果为面形精度达到RMS=0.04λ，λ=632.8 nm)。该结果表明达到该超薄反射镜的面形精度达到面形主动调节的要求。从而该技术加工的超薄反射镜无论从厚径比以及面形精度，在超薄反射镜加工研究方面迈出跨越式的一步，为以后大口径展开式拼接单元镜的支撑调节打下必要的技术基础，为超薄反射镜的应用提供了保证。

摘要： 本文介绍了一种SiC材质的非回转对称非球面元件的加工和检测.本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法.即直接采用Zygo平面干涉仪检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差.其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除.通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计.由此在一次测量中可直接得到面形误差.基于这种检测手段,最后测得实验件的面形精度PV达到3.027λ,rms优于0.025λ,达到设计要求.

摘要： 微楔形镜的加工不能像平行平面元件那样,采用大块抛光,切片分割的办法.针对零件尺寸小、精度要求高的特点,研究了加工过程中的粘结上盘、面形精度控制和楔形角检测等技术,设计了吸附式粘结上盘和楔形角测量等专用装置,应用于尺寸为3×3×1mm(6°)的Nd:YVO4(掺钕钒酸钇)晶体批量生产中,提高了零件的面形精度和加工可靠性.测试结果表明:面形精度优于λ/10(λ=632.8nm),表面光洁度达0/0级,楔形角合格率达98％以上.

摘要： 针对难切削材料小口径非球面模芯的超精密加工,从理论上分析了砂轮修整精度对非球面面彤精度的影响,在此基础上研制了三轴数控非球面平行法磨削系统,该系统基于PMAC(可编程多轴控制)运动控制器,通过X轴、Z轴和B轴三轴联动技术,理论上消除了非球面平行法磨削过程中由于砂轮修整精度误差产生的非球面面形误差,实现了轴对称、凹非球面的超精密磨削加工,通过Gcr15轴承钢非球面模芯的实际磨削加工实验表明,加工后表面粗糙度Ra 0.025μm,非球面面形误差P-V 1.15um。

摘要： 本发明提供了一种高形面精度空间抛物面固面天线反射面，包括瓣片组件以及支撑桁架，所述瓣片组件包括多个反射面瓣片，所述支撑桁架包括杆件组件以及多个桁架接头，所述桁架接头安装在所述杆件组件上并能够与杆件组件滑动配合；其中，所述反射面瓣片安装在相对应的所述桁架接头上且多个所述反射面瓣片共同形成一个不连续的旋转抛物面，每相邻的两个所述反射面瓣片间隔布置，本发明设计相互独立的多个反射面瓣片并结合热稳定支撑支撑桁架，能够明显降低空间环境中固面天线反射面的热变形量级，提升固面天线反射面在空间环境中的形面精度，进而提升天线的工作频率及天线性能，解决了现有技术的不足，结构简单，性能可靠。

摘要： 本发明公开了一种基于有限元模型修正的索网反射面形面精度的鲁棒调整方法，包括建立索网反射面天线结构参考模型，计算得网面节点位置关于索长的敏度矩阵，测量实物反射面上各节点位置，计算将反射面节点调整到对应的最佳吻合抛物面上时的期望节点位移，求得最佳鲁棒索长调整量，将该调整量施加到实物反射面上，测量得到调整后实物反射面的节点位置，将最佳鲁棒索长调整量同时施加到参考模型上，得到参考模型调整后的反射面节点位置，进行参考模型修正；重复步骤，直至精度不再提高，即完成天线索网反射面形面精度的鲁棒调整。本发明考虑到了误差因素的影响和调整量的鲁棒性，确保了调整过程的收敛性，可显著提高天线索网反射面的形面调整效率。

摘要： 本发明提供了一种高形面精度空间抛物面固面天线反射面，包括瓣片组件以及支撑桁架，所述瓣片组件包括多个反射面瓣片，所述支撑桁架包括杆件组件以及多个桁架接头，所述桁架接头安装在所述杆件组件上并能够与杆件组件滑动配合；其中，所述反射面瓣片安装在相对应的所述桁架接头上且多个所述反射面瓣片共同形成一个不连续的旋转抛物面，每相邻的两个所述反射面瓣片间隔布置，本发明设计相互独立的多个反射面瓣片并结合热稳定支撑支撑桁架，能够明显降低空间环境中固面天线反射面的热变形量级，提升固面天线反射面在空间环境中的形面精度，进而提升天线的工作频率及天线性能，解决了现有技术的不足，结构简单，性能可靠。

摘要： 本发明公开了一种基于有限元模型修正的索网反射面形面精度的鲁棒调整方法，包括建立索网反射面天线结构参考模型，计算得网面节点位置关于索长的敏度矩阵，测量实物反射面上各节点位置，计算将反射面节点调整到对应的最佳吻合抛物面上时的期望节点位移，求得最佳鲁棒索长调整量，将该调整量施加到实物反射面上，测量得到调整后实物反射面的节点位置，将最佳鲁棒索长调整量同时施加到参考模型上，得到参考模型调整后的反射面节点位置，进行参考模型修正；重复步骤，直至精度不再提高，即完成天线索网反射面形面精度的鲁棒调整。本发明考虑到了误差因素的影响和调整量的鲁棒性，确保了调整过程的收敛性，可显著提高天线索网反射面的形面调整效率。

摘要： 一种高精度大口径光学元件装校面形在线检测装置和方法，激光器产生的相干光通过扩束系统后产生平行光束照射到装校大口径光学元件上，反射后的光束经过聚焦透镜聚焦后利用分束器将光束分出两束，其中一束照射到一块编码板上，编码板的作用是对入射光场进行调制编码，用一台光斑探测器记录形成的散射斑。另外一束垂直方向光束进入另一台光斑探测器并记录一幅光斑，用于增加信息量从而提高计算检测精度。利用两台光斑探测器记录的光斑强度，采用迭代算法高精度重构出装校大口径光学元件的面型分布。该检测方法无需干涉光路，受环境影响较小，装置结构简单，测量精度高，满足大口径光学元件装校面形在线检测的需求。

摘要： 本发明涉及光学检测技术，尤指一种对大曲率X射线波前和大曲率X射线光学元件面形进行高精度检测的基于近场散斑的波前检测技术；所述的检测技术利用散斑在其“近场”区域不发生形变的特性来追踪光线轨迹，根据光线的偏折角度，即待测波前的一阶导数来恢复波前；光线落点的位移分为整像素位移和亚像素位移，其中整像素位移采用XST技术快速测量，亚像素位移采用XSS技术精确测量；本发明的角度灵敏度可达纳弧度水平，空间分辨力达到探测器像素尺寸水平，角度测量范围达到数十微弧度，在保持检测精度的前提下，大幅减少检测所需数据量和检测时长。

摘要： 本发明公开了一种大口径摆镜的高精度面形约束装置及方法，包括：镜座(1)；与镜座同轴放置的周向约束结构(2)；所述镜座为中心轴对称爪状结构，中心设有减重孔；所述镜座(1)包括侧支撑板(1‑1)、柔性铰链A(1‑2)、安装孔(1‑3)以及反射镜安装面(1‑4)；所述周向约束结构(2)为环状结构，包括小凸台(2‑1)、柔性铰链B(2‑2)、固定支脚(2‑3)以及柔性铰链C(2‑4)；所述侧支撑板(1‑1)和柔性铰链A(1‑2)共有八个，均位于镜座(1)爪状结构末端；所述安装孔(1‑3)共有四组，中心对称分布，每组三个螺纹孔；所述反射镜安装面(1‑4)为凸起小平面，共三个；所述小凸台(2‑1)共有四个，呈对称均匀分布；所述柔性铰链B(2‑2)分布于小凸台两侧，共有四组，每组两个；所述固定支脚(2‑3)共有四个，每个固定支脚上方有一个柔性铰链C(2‑4)。

摘要： 本发明提供一种对筒形光学元件进行面形精度修正和超光滑加工的抛光装置及方法，该抛光装置改进了现有技术无法修正元件面形精度以及只能采用单一加工方式的缺陷，可以根据实际需要在直接接触加工和准接触加工之间进行方式切换，且通过四轴联动功能为筒形超光滑非球面光学元件内表面进行面形精度修正和超光滑抛光加工。包括：用于带动待加工的筒形光学元件进行回转运动的工件轴部件；用于带动附有柔性抛光模的抛光磨头进行回转运动的抛光轴部件；用于带动所述抛光磨头俯仰运动，使所述抛光磨头对待加工的筒形光学元件内表面产生正压力的旋转扭矩轴部件；用于带动所述抛光磨头沿待加工的筒形光学元件的轴向运动的进给轴部件。

摘要： 本发明公开了一种适用于高低温光学检测的高面形精度双层真空窗口，包括圆筒形的腔体，腔体的两端均设有内端面和内螺纹、侧壁设有平面凸台，两个石英窗口作为圆形平面透镜分别配合的密封粘接在腔体两端的内端面上，两个压圈分别与腔体两端的内螺纹配合从而压紧石英窗口，平面凸台上设有真空标准刀口和与腔体内壁连通的通孔，真空标准刀口通过密封圈与用于抽真空的金属阀门密封连接，金属阀门外接抽真空设备将腔体抽取超高真空后关闭。本发明采用双层真空窗口，为高低温下对光学系统波前误差进行干涉测量提供了无气流扰动、不凝露的窗口，而且加工难度低、装调时间短、适配性强。

摘要： 本发明提供一种基于加工G代码引导的碳管阵蜂窝面形精度计算方法。本发明包括如下步骤：获取与设计模型表面轮廓相符的测量G代码；通过线激光设备多次测量碳管阵蜂窝面形数据，生成若干三维点云数据；对获取的多条点云数据进行拼接和去噪，获得工件表面的完整面形，存储为测量点云数据；将测量点云数据按照G代码的起始位置信息，通过矩阵变换得到新位置点云，将设计模型与所述新位置点云粗配准；将新位置点云投影到设计模型的面片上，得到与测量点云点数对应的模型点云，配准后，计算点云到对应面片的垂线长度，得到误差长度集合，并依此计算面形误差。本发明测量点云与模型重合度高，适用多种难测量曲面。