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中心供液小磨头抛光去除函数理论模型和实验研究

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中心供液小磨头抛光去除函数理论模型和实验研究

作者：李广友天津大学

学位级别：硕士

传统计算机控制小磨头抛光技术因具有较高的去除效率以及较好的面形控制能力,广泛应用于光学元件加工的抛光阶段,但是抛光垫易磨损和加工区域磨粒分布不均等因素在一定程度上影响了去除函数的稳定性,制约了其进一步发展。本文在现有小... 详细信息

传统计算机控制小磨头抛光技术因具有较高的去除效率以及较好的面形控制能力,广泛应用于光学元件加工的抛光阶段,但是抛光垫易磨损和加工区域磨粒分布不均等因素在一定程度上影响了去除函数的稳定性,制约了其进一步发展。本文在现有小磨头抛光技术的基础上,将抛光液改由磨头的中心进行供给,克服了传统小磨头抛光的缺点,并对中心供液小磨头抛光的去除函数进行了细致的理论和实验研究。首先,通过四周供液小磨头抛光与中心供液小磨头抛光对比实验,研究了两种抛光方法去除函数形状,抛光垫磨损随转速的变化规律,验证了中心供液小磨头抛光在抛光垫的磨损,去除函数均匀、稳定,以及中心区域去除量等方面更具有优势。其次,研究了聚氨酯抛光垫表面微观形貌,分析对材料去除有重要作用的特征,采用统计学的方法建立了抛光垫表面形貌的数学仿真模型,实验对比表明模型很好的模拟了抛光垫表面的实际特征。之后,研究了抛光垫、磨粒、工件三者的相互作用,有效简化游离磨料抛光的影响因素,应用材料力学、滑动压头理论以及统计学等建立了磨头自转去除函数的数学模型,实验结果表明所建模型很好的模拟了中心供液小磨头抛光的去除函数轮廓及去除量的大小。最后,基于去除函数模型进一步建立了行星优化去除函数的数学模型,以趋近因子为优化目标,对小磨头行星运动合成的去除函数进行了参数优化,通过仿真正交实验,探究转速比、偏心率以及磨头压力对行星运动去除函数形状的影响。本文通过对比实验研究了中心供液小磨头抛光对传统四周供液小磨头抛光的优化作用,利用MATLAB建立了磨头自转和行星运动去除函数数学模型,为抛光垫、工件、磨粒等因素对去除函数轮廓和去除效率影响的量化研究以及行星运动参数的优化提供了参考。

关键词：小磨头抛光中心供液抛光垫去除函数行星优化

光学零件小磨头数控抛光稳定性提升与路径优化的研究

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光学零件小磨头数控抛光稳定性提升与路径优化的研究

作者：李奇国防科学技术大学

学位级别：硕士

在现代光学加工中,小磨头数控抛光具有广泛的应用,由于加工效果好、使用成本低等诸多优势,其在衔接研磨工艺和高精度修形工艺,如磁流变抛光和离子束修形之间起着举足轻重的作用,但其也有局限性,如去除函数不稳定、存在亚表面损伤、边缘... 详细信息

在现代光学加工中,小磨头数控抛光具有广泛的应用,由于加工效果好、使用成本低等诸多优势,其在衔接研磨工艺和高精度修形工艺,如磁流变抛光和离子束修形之间起着举足轻重的作用,但其也有局限性,如去除函数不稳定、存在亚表面损伤、边缘效应等,这些问题极大地限制了它的发展。提高小磨头抛光的稳定性和误差抑制能力不但可以大幅减少加工时间、提高加工效率,对光学零件的最终精度也有很重要的影响。国内外很多学者对提高小磨头的加工能力的研究都比较分散,本文从常用的抛光垫材料沥青出发,根据抛光的材料去除模型,分析了沥青针入度性质的重要性,通过喷淋系统对其加以控制,有效提升了抛光稳定性;基于熵增原理,通过伪随机路径取代传统的光栅路径进行加工,有效抑制了由于规则路径造成的功率谱密度“尖峰”误差,从而显著提升了小磨头的误差抑制能力。本文的研究工作主要包括以下内容:(1)基于抛光的经典材料去除模型和常规改性沥青方面的研究,开展对光学抛光沥青的研究,提出了沥青针入度的重点参考指标,并通过延长针入时间改善了测量方式以精确测量光学抛光沥青的针入度特性;(2)根据针入度的测量结果,通过抛光液喷淋系统对抛光区域实现温度控制,进行了不同针入度条件下的抛光加工实验,建立了抛光去除效率、表面粗糙度与沥青针入度性质的联系;(3)基于沥青针入度曲线,提出了抛光过程温度控制策略,即抛光前期先提高温度于拐点温度之上使沥青盘与镜面快速贴合,再控制温度于拐点温度以下使沥青盘保持稳定的针入度特性,实现了小磨头抛光沥青盘寿命延长一倍以上和修形精度明显提高;(4)阐述了基于熵增思想的伪随机路径生成算法,并采用了轨迹熵的路径评价指标,同时对自由度和步距的选取进行了分析,最后通过实验验证了伪随机路径相比传统光栅路径的技术优势。

关键词：光学沥青小磨头抛光喷淋系统伪随机路径针入度去除机理温度控制

偏心双转子运动抛光工艺研究及中频误差的抑制研究

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中国激光 2021年第24期48卷 76-87页

作者：董子铭章亚男刘志刚焦翔朱健强崔文辉林炜恒上海大学机电工程与自动化学院上海200444 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室上海201800

在计算机控制光学表面抛光中,高斯形状的去除函数是一种理想的去除函数,然而传统的双转子运动抛光产生的去除函数与高斯形状有较大偏差,不够平滑,因此会在被抛光表面引入较大的中频误差,影响高功率激光系统的性能。针对该问题,在传统双... 详细信息

在计算机控制光学表面抛光中,高斯形状的去除函数是一种理想的去除函数,然而传统的双转子运动抛光产生的去除函数与高斯形状有较大偏差,不够平滑,因此会在被抛光表面引入较大的中频误差,影响高功率激光系统的性能。针对该问题,在传统双转子抛光的基础上,本文提出了偏心双转子运动抛光技术,并建立了数学模型。理论分析表明,偏心双转子抛光可以产生更加接近高斯形状的去除函数。对各关键参数进行优化,理论上获得了拟合优度(R^(2))达到0.9986的高斯型去除函数。进行了偏心双转子定点抛光实验和光栅轨迹数控抛光实验,定点抛光实验中获得了R^(2)=0.9895的高斯型去除函数,验证了理论分析的正确性;光栅轨迹数控抛光实验证明了偏心双转子抛光技术较传统双转子抛光技术对中频误差有更好的抑制作用。

关键词：光学制造小磨头抛光高斯型去除函数中频误差偏心双转子运动

非球面数控抛光工艺参数与加工精度的关系研究

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非球面数控抛光工艺参数与加工精度的关系研究

作者：叶斯哲长春理工大学

学位级别：硕士

通过对K9、ZF7平凸非球面透镜加工工艺的研究,提出了全口径柔性抛光结合小磨头修正抛光的试验方案。通过实验引入铣磨补偿量来抵消全口径抛光带来的面型误差,并分别对铣磨和抛光比较突出的工艺参数进行单因素试验,讨论它们与在型精度以... 详细信息

通过对K9、ZF7平凸非球面透镜加工工艺的研究,提出了全口径柔性抛光结合小磨头修正抛光的试验方案。通过实验引入铣磨补偿量来抵消全口径抛光带来的面型误差,并分别对铣磨和抛光比较突出的工艺参数进行单因素试验,讨论它们与在型精度以及表面质量的关系。其中包括磨轮对刀误差、直径误差的修正,磨轮转速、进给量的选择,抛光磨头尺寸、抛光压力的选择等。优化工艺流程后抛光的元件面型精度PV值)0.49um,表面光洁度60-40,达到中等精度要求。总结出一套效率高,成本低,重复性好的数控研抛非球而方法,可实现中小口径非球面元件快速加工。

关键词：非球面数控铣磨小磨头抛光单因素

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保形光学在导引头中的应用

兵工自动化 2010年第4期29卷 30-33,37页

作者：张学成徐榕刘莉总装驻上海地区军事代表室上海201109

针对传统球面与平面结合的导引头对导弹飞行产生的影响,探讨了保形光学在光电导引头中的应用。从光学系统的设计、光学零件的加工制造、光学零件的面形检测等方面详细论述了国内外现有的保形光学技术实现方法,并提出了相应的解决思路。... 详细信息

针对传统球面与平面结合的导引头对导弹飞行产生的影响,探讨了保形光学在光电导引头中的应用。从光学系统的设计、光学零件的加工制造、光学零件的面形检测等方面详细论述了国内外现有的保形光学技术实现方法,并提出了相应的解决思路。运用Wassermann-Wolf微分方程的原理,通过在商业光学设计软件中编译宏程序多项式拟合曲面的方法来设计保形光学系统的最佳面形;应用子孔径拼接干涉测量等方法测量保形光学面形误差;基于材料的可制造性,综合应用化学气相沉积法、单点金刚石车削、确定性微磨和磁流变抛光以及射流抛光等技术精密加工保形光学零件。最后,讨论了应用保形顶盖来改造现有球形整流罩的设想。

关键词：保形光学 Wassermann-Wolf算法小磨头抛光子孔径拼接保形顶盖

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非球面反馈补偿铣磨抛光及工艺参数优化

长春理工大学学报（自然科学版） 2013年第3期36卷 9-12页

作者：付秀华叶斯哲贾宗合石彭王奉瑾长春理工大学光电工程学院长春130022 中山火炬职业技术学院中山528436

通过对口径Φ84mm平凸非球面透镜加工工艺的研究,提出了全口径柔性抛光结合小磨头修正抛光的试验方案。通过实验引入铣磨补偿量来抵消全口径抛光带来的面型误差,并对小磨头修正抛光比较突出的工艺参数进行单因素试验,其中包括小磨头尺... 详细信息

通过对口径Φ84mm平凸非球面透镜加工工艺的研究,提出了全口径柔性抛光结合小磨头修正抛光的试验方案。通过实验引入铣磨补偿量来抵消全口径抛光带来的面型误差,并对小磨头修正抛光比较突出的工艺参数进行单因素试验,其中包括小磨头尺寸选择,抛光压力选择。通过改变抛光盘尺寸有效减少了中频误差,优化工艺流程参数后抛光的元件面型精度(PV值)0.49μm,达到中等精度要求。总结出一套效率高,成本低,重复性好的数控研抛非球面方法,可实现中小口径非球面元件大批量快速加工。

关键词：非球面反馈补偿小磨头抛光单因素