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数据挖掘的复杂光学曲面加工路径规划研究

激光杂志 2023年第4期44卷 265-269页

作者：胡致杰黄小虎广东理工学院信息技术学院广东肇庆526100 华南农业大学数学与信息学院广州510000

为解决复杂光学曲面加工困难的问题,提出基于数据挖掘的复杂光学曲面加工路径规划方法。将复杂光学曲面点云数据投影至平面上,获取二维点集;通过拟合复杂光学曲面点云数据,重建复杂光学曲面的不间断描述模型;基于此模型将二维加工路径... 详细信息

为解决复杂光学曲面加工困难的问题,提出基于数据挖掘的复杂光学曲面加工路径规划方法。将复杂光学曲面点云数据投影至平面上,获取二维点集;通过拟合复杂光学曲面点云数据,重建复杂光学曲面的不间断描述模型;基于此模型将二维加工路径数据映射至三维空间,选取等截面法规划复杂光学曲面加工过程中路径,通过参数补偿计算触点经法向偏置,获取刀位点路径规划结果。实验结果显示,x、y和z方向上的路径偏差均控制在0.035 mm内,z方向的路径偏差在0.01 mm左右,以上数据充分说明本方法能够准确规划复杂光学曲面加工路径。

关键词：数据挖掘复杂光学曲面加工路径规划支持向量机回归机刀位点

基于Hermite插值的复杂光学曲面车削加工路径规划

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机械工程学报 2012年第11期48卷 191-198页

作者：王兴盛康敏南京农业大学工学院南京210031

为解决复杂光学曲面加工难题,探讨其车削加工路径规划。基于慢刀伺服加工技术对复杂光学曲面的刀位点规划进行设计,分析刀触点等角度离散方案及刀具圆弧半径补偿方案。轨迹插补采用可编程多轴控制器(Programmable multi-axiscontroller,... 详细信息

为解决复杂光学曲面加工难题,探讨其车削加工路径规划。基于慢刀伺服加工技术对复杂光学曲面的刀位点规划进行设计,分析刀触点等角度离散方案及刀具圆弧半径补偿方案。轨迹插补采用可编程多轴控制器(Programmable multi-axiscontroller,PMAC)提供的位置、速度、时间(Position velocity time,PVT)插补运动模式,分析PVT的数学实质Hermite分段插值模型,并根据此模型提出恒速法、面积法和三点法三种PVT入口参数生成算法。以离轴抛物面、环曲面、正弦面为例进行仿真,加工路径的仿真表明刀位点的设计可以应用于复杂光学曲面加工。同时z轴运动特性的分析表明z轴往复频率和C轴回转频率相仿时,面积法(c=2/3)和三点法均能满足z轴速度光顺要求;z轴往复频率明显大于主轴频率时,采用三点法的加速度变化明显优于面积法。提出的加工路径方法可为复杂光学曲面的实际加工提供指导意义。

关键词：复杂光学曲面加工路径慢刀伺服 Hermite分段插值

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复杂光学曲面精密成形磨削关键技术研究

复杂光学曲面精密成形磨削关键技术研究

作者：李正健国防科技大学

学位级别：硕士

随着需求的发展,传统光学元件难以满足光学系统不断提高的性能要求,复杂光学曲面元件因其自由度高、设计柔性好、能显著改善光学系统性能和简化系统结构等优点得到了发展与应用,成为新一代光学元件。精密磨削作为光学制造的粗加工环节,... 详细信息

随着需求的发展,传统光学元件难以满足光学系统不断提高的性能要求,复杂光学曲面元件因其自由度高、设计柔性好、能显著改善光学系统性能和简化系统结构等优点得到了发展与应用,成为新一代光学元件。精密磨削作为光学制造的粗加工环节,在加工复杂光学曲面元件时面临巨大挑战,诸多关键技术亟待解决。本文围绕复杂光学曲面磨削中的面形精度控制难题,通过理论建模与实验验证等手段开展了多个方面的研究,力求对复杂光学曲面精密磨削中的难点有更深入的认识并解决其中的关键技术问题。论文的主要研究工作包括以下方面:1.复杂曲面磨削过程建模。分析复杂曲面磨削过程,通过刀触点处的法向量匹配推导建立了磨削加工数学模型,并将该模型用于磨削过程分析、刀位点坐标计算、干涉检测与排除、面形误差影响因素的建模仿真等环节,充分发挥了磨削数学模型的作用。2.复杂光学曲面形位精度控制关键技术研究。对复杂光学曲面磨削中的残余高度与砂轮直线逼近误差进行了建模仿真,研究砂轮步距和行距、砂轮特征尺寸以及曲面陡度等因素对它们的影响,将分析结果用于磨削工艺参数的选取。为研究砂轮对复杂光学曲面磨削的影响,对砂轮半径误差、圆弧轮廓误差和砂轮磨损等方面开展了建模仿真,并通过实验验证了理论分析结果的正确性。提出复杂光学曲面法向面形误差补偿方法,比较了不同的补偿模式。研究了复杂光学曲面定位误差对其面形误差的影响,将分析结果用于指导工件定位;基于面形匹配过程分析,提出复杂光学曲面定位误差的控制方法。通过补偿磨削,凸面复杂光学曲面的面形精度达到PV=5.01μm,RMS=0.84μm,凹面复杂光学曲面的面形精度达到PV=7.03μm,RMS=0.94μm。3.复杂光学曲面精密磨削工艺流程研究。基于整体研究内容,对复杂光学曲面磨削的研究思路、工艺路线以及其它重要环节进行了归纳总结,建立了磨削工艺流程,并根据该工艺流程进行复杂光学曲面样件的磨削加工,实验结果良好,证明了工艺流程和相关研究内容的正确性。

关键词：复杂光学曲面磨削数学模型面形精度误差补偿磨削工艺流程

多轴机床研抛复杂光学曲面变螺旋轨迹规划的研究

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制造业自动化 2014年第5期36卷 34-37页

作者：林洁琼冯丽卢明明罗亮亮长春工业大学机电工程学院长春130012

本文综合考虑复杂光学曲面的加工方法和多轴机床的加工特点,针对复杂光学曲面的难于加工性,建立了研抛机床和研抛工具触点位置关系的数学模型,提出了一种变螺旋轨迹规划新方法。通过初始轨迹等残留高度来计算下一个研抛工具与工件接触点... 详细信息

本文综合考虑复杂光学曲面的加工方法和多轴机床的加工特点,针对复杂光学曲面的难于加工性,建立了研抛机床和研抛工具触点位置关系的数学模型,提出了一种变螺旋轨迹规划新方法。通过初始轨迹等残留高度来计算下一个研抛工具与工件接触点,对所得参数进行优化并重新拟合,形成一种变螺旋线加工轨迹新方法。此方法充分考虑了加工中的退刀现象,可以减轻研抛力瞬变引起的振动及由此产生的影响表面质量的不确定因素。

关键词：复杂光学曲面螺旋轨迹等残留高度轨迹规划

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复杂曲面光学元件高精度面形检测技术概述

南通大学学报（自然科学版） 2024年第1期23卷 1-27页

作者：刘斌王孝坤程强刘忠凯李凌众蔡梦雪张洛嘉李文涵王金成张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

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... 详细信息

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。

关键词：复杂光学曲面面形检测非接触检测干涉检测零位检测非零位检测

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基于空间光调制器的复杂曲面补偿检测研究

基于空间光调制器的复杂曲面补偿检测研究

作者：丁思源西安工业大学

学位级别：硕士

复杂曲面比球面具有更多的优化参数,一块复杂曲面能够校正多片球面所能校正的像差,使光学系统结构得到简化。目前复杂曲面的加工工艺逐渐发展成熟,复杂曲面面形检测技术已成为制约复杂曲面应用的主要因素。干涉补偿检测是一种常用的复... 详细信息

复杂曲面比球面具有更多的优化参数,一块复杂曲面能够校正多片球面所能校正的像差,使光学系统结构得到简化。目前复杂曲面的加工工艺逐渐发展成熟,复杂曲面面形检测技术已成为制约复杂曲面应用的主要因素。干涉补偿检测是一种常用的复杂曲面检测方法,传统干涉补偿检测使用计算全息图(Computer Generated Hologram,CGH)补偿检测复杂曲面,但检测不同复杂曲面时,必须设计相匹配的计算全息图进行一对一的干涉补偿检测。空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)具有补偿能力可调的特性,能够通过编程控制使干涉仪发出的球面波转换为与被测非球面面型相匹配的非球面波。实现一种补偿器对不同复杂曲面可编程的干涉补偿检测,对降低检测成本,提高检测效率具有重要的理论意义和实际工程应用价值。本研究以非球面的法线像差与零位补偿检测原理为理论基础,结合空间光调制器基于液晶双折射进行相位调制的原理和可实时编程的特性,设计了一种基于空间光调制器的补偿检测系统。该系统实现了一种可编程补偿器,可用于补偿检测不同复杂面型的“一对多”补偿检测技术。首先设计了基于空间光调制器的计算全息图的相位编码方法,使空间光调制器能够通过灰度图控制补偿相位;通过在位检测测量空间光调制器的固有波前误差;采用干涉测量法对空间光调制器的相位调制能力进行验证。提出了一种利用空间光调制器实现相位调制,作为可编程计算全息图参与零位补偿检测的方法。其次提出了一种基于空间光调制器的复杂曲面可编程补偿检测方法,搭建了基于空间光调制器的复杂曲面可编程补偿的检测系统。通过对比实验对检测系统的精度进行验证,针对一个偏离量为29λ的抛物面,通过与抛物面的无像差点检测方法进行互检,通过对比两种检测方法的检测结果,通过实验验证了设计的检测方法的准确性。最后针对较大偏离量复杂曲面提出了一种折衍混合补偿检测系统,基于折衍混合补偿检测的检测原理设计检测光路,通过改变部分补偿透镜的位置和空间光调制器可编程的补偿相位实现较大范围内的可变补偿检测;搭建折衍混合补偿检测系统,通过检测一个偏离量为80λ的复杂曲面验证了折衍混合补偿检测系统的检测能力。

关键词：复杂光学曲面干涉检测非球面检测空间光调制器可编程补偿

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散射抑制车削新方法及装置研究

散射抑制车削新方法及装置研究

作者：朱志伟吉林大学

学位级别：硕士

基于快速刀具伺服（Fast tool servo, FTS）的单点金刚石车削方法被广泛应用于光学自由曲面及微结构功能表面创成等，被认为是一项极具发展前途的加工方法。在传统切削过程中，刀具遵循恒径向进给运动，相对于工件则表现为空间标准螺旋... 详细信息

基于快速刀具伺服（Fast tool servo, FTS）的单点金刚石车削方法被广泛应用于光学自由曲面及微结构功能表面创成等，被认为是一项极具发展前途的加工方法。在传统切削过程中，刀具遵循恒径向进给运动，相对于工件则表现为空间标准螺旋线运动，这将导致加工表面产生强周期性残留刀痕结构。理论及实验研究表明：该周期性微结构将诱发加工表面产生强散射效应，从而恶化其光学性能。为了抑制加工表面散射效应，一些后续处理工艺诸如抛光等不得不用于去除加工表面的残留刀痕。这必将极大提高光学元件制造成本、降低其加工效率，而对于微结构功能表面，后续处理更是十分困难的。为了在车削过程中同时获得具有散射抑制性的光学元件而不降低相应的效率及精度，本文提出了一种伪随机金刚石车削（Pseudo-random Diamond Turning, PRDT）方法。其主要特征在于：主动控制金刚石刀具做空间伪随机螺旋线运动，从而打破加工表面残留刀痕结构的周期性，获得具有一定随机性分布的微结构表面。本文贡献主要在于： 1)提出了伪随机车削方法及其刀具路径生成策略。针对具有数学描述或仅由点云描述的待加工曲面，考虑刀具几何特征及空间位姿，提出了相应的刀具路径生成方法;考虑刀具运动动力学特征及加工表面残留刀痕结构分布要求，提出了伪随机车削刀具路径生成方法;进一步借助数值模拟方法，对所生成的不同路径切削过程进行模拟，验证了所提出刀具路径生成方法及伪随机车削方法的可行性及正确性。 2)设计了一种具有完全解耦运动的两自由度快速刀具伺服机构。提出了一种具有自放大特征的新型Z型柔性铰链，依赖于所提出铰链的运动特性及差动原理，实现了刀具两自由度解耦运动;考虑机构连接单元柔性特征，采用柔度矩阵分析方法，建立了该机构全自由度柔度模型，着重分析了所提出Z型铰链的力学特征;依赖于Lagrange原理，构建了该机构动力学模型及其固有频率对机构结构参数的依赖模型;揭示了接触作用可能诱发的系统复杂非线性动力学行。解析计算结果与有限元分析结果具有很好的一致性，验证了所构建静力学及动力学解析模型的正确性。 3)进行了机构性能测试及具有散射抑制效应的微结构功能表面创成。开环条件下测试了所设计机构样机性能，获得了其诸如运动带宽、分辨率、行程、迟滞及两轴运动耦合量等特性参数;提出了该机构两轴伺服控制策略，通过阶跃响应及路径跟踪等测试了系统闭环响应特征及刀具定位精度;针对不同材料，采用伪随机车削方法及传统恒进给车削方法分别加工获得平面及一种典型微结构雨滴表面，通过表面散射定性测试验证了所提出PRDT方法用于创成具有散射抑制表面的可行性及正确性。

关键词：复杂光学曲面散射抑制伪随机金刚石车削两轴快速刀具伺服路径生成柔度矩阵建模

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超精密研抛机床设计

长春工业大学学报 2012年第3期33卷 292-297页

作者：李迎春林洁琼王磊刘建华长春工业大学机电工程学院吉林长春130012

采用一种新的复杂光学曲面研抛方法,设计了一种可以实现研抛工具与工件之间相对位姿主动调整,并能高效、低成本加工创成非球面及自由曲面零件的超精密研抛机床。通过有限元分析软件ANSYS对机床进行了静力分析和模态分析,验证了所设计的... 详细信息

采用一种新的复杂光学曲面研抛方法,设计了一种可以实现研抛工具与工件之间相对位姿主动调整,并能高效、低成本加工创成非球面及自由曲面零件的超精密研抛机床。通过有限元分析软件ANSYS对机床进行了静力分析和模态分析,验证了所设计的机床结构合理。

关键词：研抛机床复杂光学曲面气浮转台精密摆台