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Shack-Hartmann波前传感器检测大口径圆对称非球面反射镜

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光学精密工程 2012年第3期20卷 492-498页

作者：张金平张学军张忠玉郑立功中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室中国科学院研究生院

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差,且表面粗糙度较大、反射率较低,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题,提出采用动态范围大且精度高的Shack-Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反... 详细信息

针对大口径非球面反射镜在研磨阶段后期其面形与理想面形存在较大偏差,且表面粗糙度较大、反射率较低,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足测试要求等问题,提出采用动态范围大且精度高的Shack-Hartmann波前传感器来检测大口径非球面反射镜。研究分析了Shack-Hartmann波前传感器检测系统的原理及系统误差并编写了相应的数据处理软件。为了验证该方法的可行性,对已经加工完成的350mm口径旋转对称双曲面面形进行了检测,测量得到的面形误差PV值、RMS值分别为0.388λ、0.043λ(λ=632.8nm);与干涉测量的标准结果进行了对比,得到的面形偏差PV值、RMS值分别为0.014λ和0.001λ。对比结果表明,Shack-Hartmann波前传感器的测量结果正确可靠,从而验证了Shack-Hartmann波前传感器检测大口径非球面反射镜的可行性。

关键词： Shack-Hartmann波前传感器轮廓仪非球面反射镜大口径反射镜相对测量

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大离轴量非球面反射镜的加工方法

光学精密工程 2021年第5期29卷 1095-1102页

作者：陈宝华吴泉英唐运海范君柳王军孙毅苏州科技大学物理科学与技术学院江苏苏州215009 苏州苏大明世光学股份有限公司江苏苏州215028

为了改进大离轴量非球面反射镜加工方式,降低外界因素导致的反射镜面型误差,以及提高效率,本文基于慢刀伺服技术提出一种适用于大离轴量、且不受车床加工口径限制的刀具路径规划方法。以离轴反射镜坐标平移变换的方式,将镜面外边缘与车... 详细信息

为了改进大离轴量非球面反射镜加工方式,降低外界因素导致的反射镜面型误差,以及提高效率,本文基于慢刀伺服技术提出一种适用于大离轴量、且不受车床加工口径限制的刀具路径规划方法。以离轴反射镜坐标平移变换的方式,将镜面外边缘与车床主轴中心之间的距离控制在车床加工半径内,减少刀具离轴量和加工区域。坐标平移后的反射镜以主轴中心为原点,多个与之相同的反射镜均匀分布在圆周上,形成一种切削区和过渡区并存的离轴阵列样式。建立样条和正弦混合插值方程,以刀具在边缘切削点的Z向切削速度和切削加速度连续无突变为前提,补正过渡区刀具路径。最后通过实验分析证明:在整个加工区域,过渡区和切削区刀具路径平滑连续,Z轴和C轴平稳运行,加工精度达PV0.4波长@632.8 nm。通过坐标平移的方式,可以有效降低刀具离轴量,补正的刀具路径保证了车床的平稳运行,满足大离轴量的非球面反射镜加工,且一次加工可完成多个反射镜,加工精度和效率高。

关键词：非球面反射镜大离轴量慢刀伺服刀具路径规划

应用旋转法实现大口径非球面反射镜零重力面形加工

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光学精密工程 2019年第12期27卷 2517-2524页

作者：孟晓辉王永刚李文卿陈建丞周于鸣张继友北京空间机电研究所国防科技工业光学超精密加工技术创新中心(先进制造类)

为了在地面制造环境下实现大口径空间非球面反射镜的零重力面形加工,建立了基于重力卸载的高精度旋转检测工艺方法。首先对N次等间隔旋转法的基本原理进行了介绍,并结合一块Ф1290 mm ULE材料的非球面反射镜加工实例,分别给出了旋转法... 详细信息

为了在地面制造环境下实现大口径空间非球面反射镜的零重力面形加工,建立了基于重力卸载的高精度旋转检测工艺方法。首先对N次等间隔旋转法的基本原理进行了介绍,并结合一块Ф1290 mm ULE材料的非球面反射镜加工实例,分别给出了旋转法实施环节中的旋转角度和偏心误差控制方法,实际角度误差和偏心误差分别优于0.1°和0.1 mm。然后,在低精度阶段采用了3次旋转法对检测结果进行处理,主镜面形精度快速收敛至0.029λ-RMS;同时由于应用旋转法而导致镜面上的对称性误差累积放大,进行了针对性去除,面形精度进一步收敛至0.023λ-RMS。最后,采用了6次旋转法对检测结果进行处理并指导光学加工,反射镜6个方向下的实测面形精度为0.012λ-RMS,去除重力变形误差后面形精度达到了0.010λ-RMS,该面形可以认为是卫星入轨后零重力空间环境下的反射镜面形。文中所述加工工艺方法不仅适用于米级口径,还适用于更大口径空间非球面反射镜零重力面形的高精度加工。

关键词：光学加工光学检测空间光学遥感器非球面反射镜零重力面形

非球面反射镜横向剪切干涉检测技术仿真与实验研究

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非球面反射镜横向剪切干涉检测技术仿真与实验研究

作者：郭向峰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

非球面反射镜因其优良的光学成像性质被广泛地应用于国防军事、天文观测、民用生活和医学卫生领域。广泛的应用以及光学技术的发展使人们对非球面反射镜的加工效率与加工精度的要求越来越高。在非球面的精密超精密加工中，非球面检测技... 详细信息

非球面反射镜因其优良的光学成像性质被广泛地应用于国防军事、天文观测、民用生活和医学卫生领域。广泛的应用以及光学技术的发展使人们对非球面反射镜的加工效率与加工精度的要求越来越高。在非球面的精密超精密加工中，非球面检测技术是其支撑技术之一，因为检测能达到的精度往往是加工所能达到的精度极限，所以找到一种高精度、可靠的非球面反射镜面形检测方法对提高其加工效率与精度都是非常必要的。激光剪切干涉法是一种较新的、精度较高的检测方法。与传统干涉法不同，剪切干涉法不需要参考光，这种自比较干涉的特点使其在检测非球面反射镜面形精度中具有独特优势。本文对基于横向剪切干涉法检测非球面反射镜的相关技术进行了研究。根据横向剪切干涉的特点，进行了生成横向剪切干涉图的数值模拟运算。在相位提取及相位解包裹阶段分别利用四步相移的相位提取法和基于区域跳变划分的解包裹法对横向剪切干涉检测过程中的图像处理部分进行了仿真研究，结合实际情况分析了其处理过程中的误差问题，编制了图像处理程序。为了研究波前重建算法对检测结果的影响，在波前重建的数值模拟过程中分别利用基于Zernike多项式的系数转换法以及最小二乘法对其进行了研究。编制了横向剪切干涉检测的仿真程序，根据实际情况对横向剪切干涉检测中波前重建采样点间距的变化、重建阶数以及剪切量的变化对横向剪切干涉波前重建精度的影响进行了研究并给出了实际波前重建中减小误差的处理办法。利用横向剪切干涉仪对抛物面反射镜进行检测实验，根据处理横向剪切干涉图的实际问题编制了干涉图预处理程序，对仿真过程中所选用的数据处理方法进行了研究，改进和完善了基于跳变区域划分的解包裹法，解决了原始区域跳变法处理实际干涉图时解包裹失败的问题。初步验证了所采用的数据处理技术路线的有效性性，并基于MATLAB应用软件编制了应用于横向剪切干涉法检测的数据处理程序。

关键词：非球面反射镜横向剪切干涉相位提取相位解包裹波前重建

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Ф1300mm非球面反射镜的加工与检测

光学技术 2018年第2期44卷 221-225页

作者：王聪陈思羽吕天斌郭文北京空间机电研究所国防科技工业光学超精密加工技术创新中心(先进制造类)

介绍一块Ф1300mmULE材料非球面反射镜的加工与检测方法。采用非球面超声铣磨、机器人研抛等多个工序组合加工技术完成了非球面反射镜的加工。在非球面检测中,采用大口径三坐标测量的方法进行了研磨阶段的面形检测,通过Z向滤波的方法对... 详细信息

介绍一块Ф1300mmULE材料非球面反射镜的加工与检测方法。采用非球面超声铣磨、机器人研抛等多个工序组合加工技术完成了非球面反射镜的加工。在非球面检测中,采用大口径三坐标测量的方法进行了研磨阶段的面形检测,通过Z向滤波的方法对面形拟合过程中的噪点误差进行了处理,将研磨阶段的面形精度提高至5μm PV值。在干涉仪测量阶段,采用气囊支撑方法对反射镜的重力误差进行了卸载,通过非线性误差矫正的方法去除了零位补偿检测所带来的非线性误差,反射镜的最终精度达到0.016λRMS。试验结果表明,大口径非球面反射镜各项技术指标均满足设计要求,所用工艺方法适用于加工更大口径的非球面反射镜及其他类型的大口径非球面光学元件。

关键词：光学测量光学加工非球面反射镜零位补偿面形精度

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监控系统非球面反射镜注射成型工艺优化

塑料 2019年第3期48卷 61-65页

作者：晋子涵刘冬梅付秀华潘永刚长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 煋鸟科技有限公司天津301700

为了提高非球面反射镜面型精度,满足监控系统要求。以熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间、注射时间为试验因素,以反射镜 z 轴翘曲总量及 z 轴有效区域翘曲量差值最小为优化目标,设计正交试验。根据极差分析结果,选取影响程度较大... 详细信息

为了提高非球面反射镜面型精度,满足监控系统要求。以熔体温度、模具温度、保压压力、保压时间、注射时间为试验因素,以反射镜 z 轴翘曲总量及 z 轴有效区域翘曲量差值最小为优化目标,设计正交试验。根据极差分析结果,选取影响程度较大的熔体温度、保压压力、保压时间建模分析。基于响应面模型,结合多目标遗传算法对注塑工艺进行优化,得到合理注射成型工艺。优化后,成型工艺将反射镜有效区域 z 轴翘曲总量由 90 μm 降低为 1. 1 μm,z 轴翘曲差值由 100 μm 降低为 0. 6 μm。经过试模验证,反射镜 PV 值达到 2 μm 以下,优化后,成型工艺提高了反射镜面型精度,监控系统成像清晰,满足系统装配及使用要求。

关键词：非球面反射镜工艺优化正交试验响应面模型遗传算法

大口径离轴碳化硅非球面反射镜加工与检测技术研究

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激光与光电子学进展 2012年第1期49卷 71-75页

作者：王孝坤中国科学院长春光学精密机械与物理研究所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

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理... 详细信息

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理,并专门设计研制了计算全息衍射检测装置,对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468mm×296mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测,最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ,均方根(RMS)值为0.017λ(λ=632.8nm),达到了良好的效果。

关键词：光学设计碳化硅非球面反射镜离轴非球面计算机控制光学表面成形计算全息

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非球面反射镜的自动化调整系统

光机电信息 1997年第3期14卷 9-14页

作者：温忠义

此文章描述了一些能有效地应用于抛物面光学反射镜调整程序自动化的测量算法和控制程序。离轴抛物面光学反射镜的干涉调整是一件冗长乏味而又费力的过程。我们回顾以前解决调整问题的办法。它利用了一个角反射棱镜并且介绍了一个使这个... 详细信息

此文章描述了一些能有效地应用于抛物面光学反射镜调整程序自动化的测量算法和控制程序。离轴抛物面光学反射镜的干涉调整是一件冗长乏味而又费力的过程。我们回顾以前解决调整问题的办法。它利用了一个角反射棱镜并且介绍了一个使这个过程自动化的方法,即使用一个连接到处理系统的干涉仪,此处理系统控制一套传动装置。描述了有关的图像处理算法,而且讨论了传动装置控制系统。研究了将这一方法推广到其它非球面光学的自动化调整的途径。

关键词：光学仪器非球面反射镜自动化调整系统