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龙基光栅在大口径非球面定量测量中的应用

光学学报 2009年第9期29卷 2441-2446页

作者：雷柏平伍凡周晨波中国科学院光电技术研究所四川成都610209 中国科学院研究生院北京100039 烟台大学光电学院山东烟台264005

为了实现对大口径非球面在细磨和初抛光的加工过程中出现的较大误差的测量,提出了将龙基(Ronchi)光栅、图像采集以及数字图像处理技术相结合的一种较大误差的定量测试方法。介绍了该方法的基本原理、建立了数学模型、编制了相应的数字... 详细信息

为了实现对大口径非球面在细磨和初抛光的加工过程中出现的较大误差的测量,提出了将龙基(Ronchi)光栅、图像采集以及数字图像处理技术相结合的一种较大误差的定量测试方法。介绍了该方法的基本原理、建立了数学模型、编制了相应的数字处理软件。利用该方法对一直径为140 mm,F数为2的凹形抛物面镜进行了测试实验。通过该测试方法以及数据处理软件,得到了准确的非球面面形分布图,检测结果与经典的干涉仪检测结果想比较,二者是相一致的。将为大口径非球面精磨和初抛光阶段提供一种有效、可靠的定量检测方法。

关键词：衍射与光栅龙基(Ronchi)光栅定量检测图像处理非球面

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等重叠率螺旋线的非球面抛光轨迹规划

西安交通大学学报 2015年第6期49卷 126-131页

作者：曲兴田王宏一樊成吴文征刘孝龙吉林大学机械科学与工程学院长春130025 苏州大学机器人与微系统研究中心江苏苏州215021

为改善抛光轨迹以获得更好的加工精度,分析了轨迹在非球面上所产生的去除区域的覆盖情况,并提出了一种等重叠率螺旋线抛光轨迹规划方法。基于赫兹接触理论的去除区域的覆盖情况分析表明,常用的阿基米德螺旋线由于弹性接触变化和投影行... 详细信息

为改善抛光轨迹以获得更好的加工精度,分析了轨迹在非球面上所产生的去除区域的覆盖情况,并提出了一种等重叠率螺旋线抛光轨迹规划方法。基于赫兹接触理论的去除区域的覆盖情况分析表明,常用的阿基米德螺旋线由于弹性接触变化和投影行距变化导致轨迹间去除区域接触变化,从而不能保证加工精度均匀一致,为此引入了重叠率的概念以量化分析该变化情况。提出的轨迹规划方法分析了重叠率的变化特点,并依据螺旋线的性质建立了螺旋线行距与非球面面形的变化关系,保证了轨迹间去除区域的稳定接触。仿真结果表明,在非球面抛光过程中应用等重叠率螺旋线轨迹,重叠率变化范围从阿基米德螺旋线轨迹的56.1%~26.2%缩小到现在方法的56.1%~55.3%,为非球面抛光的均匀性和一致性奠定了基础。

关键词：非球面抛光螺旋线轨迹等重叠率

基于非球面的大相对孔径微型星敏感器镜头设计

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仪器仪表学报 2019年第6期40卷 96-103页

作者：杜康刘春雨谢运强樊星皓刘帅中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049

星敏感器是卫星上精度最高的姿态测量仪器,其通过对恒星成像与识别来确定卫星的三轴姿态,主要由光学系统、电子学系统和信息处理系统组成。传统卫星上高精度星敏感器的体积重量较大,难以满足蓬勃发展的微纳卫星的任务需求,成为限制微纳... 详细信息

星敏感器是卫星上精度最高的姿态测量仪器,其通过对恒星成像与识别来确定卫星的三轴姿态,主要由光学系统、电子学系统和信息处理系统组成。传统卫星上高精度星敏感器的体积重量较大,难以满足蓬勃发展的微纳卫星的任务需求,成为限制微纳卫星定位精度的主要障碍。相对于电子学微型化、集成化和信息处理技术的飞速发展,光学系统成为星敏感器小型化的瓶颈。提出一种基于非球面大相对孔径微小型光学系统设计方法,仅用5片镜片,即可实现焦距25 mm,相对孔径1/1. 3,17°全视场角,在奈奎斯特频率处MTF优于0. 5,采用选取相对部分色散系数相同或接近、色散系数相差较大的玻璃组合的方法,有效校正了500~880 nm宽光谱色差,并实现了全视场畸变≤0. 013%。引用此技术设计纳型星敏感器镜头焦距25 mm,重量仅为15 g,降低到国内纳型星敏感器镜头的1/5。结果表明,光学系统经测试畸变等指标,满足角秒级星点中心确定的要求,为高精度纳型星敏感器提供了核心保障。

关键词：星敏感器微纳卫星非球面光学设计大相对孔径微小型

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小型非球面数控抛光技术的研究

光学精密工程 2007年第10期15卷 1527-1533页

作者：王毅倪颖余景池苏州大学现代光学技术研究所江苏苏州215006

用计算机控制抛光的方法对小型非球面数控抛光技术进行了研究。对计算机控制小磨头抛光的材料去除作用进行了计算机模拟;依据计算机模拟结果,调整驻留时间函数,进行抛光补偿;最后,在自行研制的三轴联动非球面数控抛光原理样机上高效地... 详细信息

用计算机控制抛光的方法对小型非球面数控抛光技术进行了研究。对计算机控制小磨头抛光的材料去除作用进行了计算机模拟;依据计算机模拟结果,调整驻留时间函数,进行抛光补偿;最后,在自行研制的三轴联动非球面数控抛光原理样机上高效地完成了70 mm左右非球面的抛光,各项指标达到了中等精度要求,表面粗糙度为2.687 nm,面形精度为0.45μm,且重复精度良好。结果表明,该技术有效提高了小型非球面光学零件的批量生产效率。

关键词：数控抛光非球面驻留时间补偿

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非球面整形镜在空间激光通信终端中的应用

激光与光电子学进展 2018年第10期55卷 76-81页

作者：宋志化江伦曹海帅佟首峰长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学空地激光通信技术国防重点学科实验室吉林长春130022

在同轴两片反射镜光学天线的空间激光通信终端中,入射高斯光束的中心最高能量部分被次镜及次镜支架遮挡,导致部分能量损失。为了减小能量损失,提高系统发射效率,将非球面整形镜应用在发射端准直扩束系统中,实现高斯光束到平顶光束的整形... 详细信息

在同轴两片反射镜光学天线的空间激光通信终端中,入射高斯光束的中心最高能量部分被次镜及次镜支架遮挡,导致部分能量损失。为了减小能量损失,提高系统发射效率,将非球面整形镜应用在发射端准直扩束系统中,实现高斯光束到平顶光束的整形,以减小次镜及次镜支架遮挡损失的能量,同时对光束进行准直扩束。所设计的非球面整形系统入射面直径d=3mm,出射面直径D=12mm,波长λ=1550nm,玻璃材料为BK7,输出面上的光强分布接近均匀,发散角θ=1.216mrad。对比分析传统球面扩束镜与非球面整形扩束镜可知:同等参数条件下,采用非球面整形扩束镜的发射端的发射效率提高了11.1%。

关键词：光通信空间激光通信非球面光束整形扩束准直

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光学非球面检测平台伺服控制系统研究

中国机械工程 2007年第14期18卷 1639-1643页

作者：郭隐彪杨平刘建春厦门大学厦门361005 厦门理工学院厦门361005

根据高精度非球面表面检测的要求,设计了一种用于微纳精度测量的光学非球面检测平台伺服控制系统。系统基于DSP芯片控制技术,采用Ti公司生产的TMS320F2812芯片为运动控制电路的核心;基于Windows操作平台和CCS2.0集成开发工具进行软件开... 详细信息

根据高精度非球面表面检测的要求,设计了一种用于微纳精度测量的光学非球面检测平台伺服控制系统。系统基于DSP芯片控制技术,采用Ti公司生产的TMS320F2812芯片为运动控制电路的核心;基于Windows操作平台和CCS2.0集成开发工具进行软件开发。系统设计的目的是实现平台的多轴运动控制及伺服运动控制系统的软硬件模块的扩展。通过试验和运动仿真对系统的稳定性和精度进行了分析,分析结果表明系统达到了较高的定位控制精度。

关键词：非球面检测 DSP 伺服电机运动控制

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光学非球面离子束加工模型及误差控制

光学精密工程 2009年第11期17卷 2678-2683页

作者：武建芬卢振武张红鑫王泰升中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了实现光学非球面元件的高精度加工,对先进的离子束加工系统进行了研究。通过对离子束加工系统的分析,给出了加工非球面光学元件的离子源子系统运动模型公式,并将求解驻留时间的反卷积过程转化为求解线性矩阵方程过程以便优化求解。... 详细信息

为了实现光学非球面元件的高精度加工,对先进的离子束加工系统进行了研究。通过对离子束加工系统的分析,给出了加工非球面光学元件的离子源子系统运动模型公式,并将求解驻留时间的反卷积过程转化为求解线性矩阵方程过程以便优化求解。分析了加工过程中出现的离子源定位误差,指出其对最终面形精度的影响可归结为一个系数因子的控制上,并提出了综合考虑离子束材料去除函数和定位误差的方法来控制系数因子以降低对定位系统精度的苛刻要求。仿真验证表明,该模型计算出的驻留时间函数可以有效地保证光学元件的面形精度达0.0381λ;离子束定位误差引起的面形精度的变化量满足最大变化量公式的限制。该模型可用于各种非球面光学元件离子束加工过程驻留时间的求解和设备的定位误差设计,在保证过程稳定的同时降低了设备成本。

关键词：离子束加工非球面定位误差分析驻留时间矩阵方程

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非球面超精密气浮式测头设计及仿真

中国机械工程 2014年第10期25卷 1279-1285页

作者：尹韶辉彭杰宏唐昆陈逢军胡天湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心长沙410082

非球面接触式测量过程中,采用空气静压轴承的气浮式测头,可以减小测量探针对被测表面的压力和测头移动过程中所受的摩擦力。设计了一种非球面超精密气浮式测头,采用工程算法对其方形空气静压轴承进行了尺寸设计,建立了三种采用不同节流... 详细信息

非球面接触式测量过程中,采用空气静压轴承的气浮式测头,可以减小测量探针对被测表面的压力和测头移动过程中所受的摩擦力。设计了一种非球面超精密气浮式测头,采用工程算法对其方形空气静压轴承进行了尺寸设计,建立了三种采用不同节流孔形式的轴承设计模型,同时分别对这三个轴承工作时内部的气流以及整个测头内部的气流建立了有限元模型,并采用 Fluent 流体计算软件对以上气流模型的气压分布、压强以及流量进行了仿真计算,预测了测头的静态性能。结果表明,测头刚度可达1.77 MN/m,测头与被测表面之间的接触力可控制在0.1～7 mN 之间,所消耗空气流量最多为3.6 m3/h,满足测头设计要求。

关键词：非球面气浮式测头空气静压轴承气腔仿真

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使用红外干涉仪测量非球面面形

光学精密工程 2010年第1期18卷 69-74页

作者：贺俊陈磊南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210014 中国兵器工业集团南京北方信息产业集团江苏南京210022

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较... 详细信息

提出用红外干涉仪在长波工作(λ=10.6μm)的优点检测非球面面形。首先,通过移相算法,使用泰曼型红外干涉仪测量出非球面与标准拟合球面之间的波像差;然后,根据非球面的矢高方程计算出非球面与标准拟合球面之间波像差的理论值,通过比较这两个值,计算出非球面的面形偏差。实验结果表明,使用红外干涉仪测量的非球面与标准拟合球面之间的波像差为8.64μm(PV),与理论波像差(8.11μm)比较接近,测得非球面面形偏差为1.20μm(PV)。为了验证这一方法的准确性,使用计算全息图(CGH)作为补偿镜在可见光干涉仪上测量了同一块非球面,两者测量结果比较吻合。结果表明,此方法有比较强的通用性,可以用于非球面在加工过程中的测试。

关键词：光学测量非球面红外干涉仪波像差