本文關(guān)鍵詞：離軸三反光學自由曲面拋光工藝研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為新一代光學系統(tǒng)的核心關(guān)鍵器件,光學自由曲面元件已廣泛應用于航空航天、生物醫(yī)藥、光電通信及科學儀器等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)光學曲面相比,光學自由曲面的應用可以使光學系統(tǒng)兼具光學設計靈活,光學性能優(yōu)異,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊及系統(tǒng)裝調(diào)簡單等優(yōu)點,是高質(zhì)量光學系統(tǒng)的最佳解決方案。然而,由于光學自由曲面元件不僅形狀復雜,而且要求具有亞微米級的形狀精度、納米級的表面粗糙度以及良好的表面完整性,這給光學自由曲面的加工帶來了挑戰(zhàn)。 拋光加工以表面光整、表面損傷去除以及面型誤差修正為主要目的,是光學曲面制造過程中的重要工藝。光學自由曲面的拋光質(zhì)量與拋光策略、拋光路徑、駐留時間、拋光液、拋光工具形狀保持性、機床運動精度及曲面測量方法等密切相關(guān)。本文針對離軸三反光學系統(tǒng)中以NURBS描述的主鏡和三鏡自由曲面的拋光,提出了自由曲面拋光的集成拋光工藝體系和拋光策略,規(guī)劃了用于四軸數(shù)控拋光實驗平臺的拋光軌跡,建立了球形拋光工具的去除函數(shù),計算了沿拋光軌跡的工具頭駐留時間。 所提出的集成拋光工藝體系包括工具影響函數(shù)模塊、拋光路徑規(guī)劃模塊以及駐留時間計算模塊,各模塊之間緊密關(guān)聯(lián),共同構(gòu)成了自由曲面拋光全過程的系統(tǒng)性技術(shù)路線圖。在同步拋光與異步拋光策略下,規(guī)劃了同心圓軌跡、近似同心圓軌跡、螺旋軌跡以及交錯軌跡等四種拋光軌跡。拋光軌跡規(guī)劃以設計曲面為基礎(chǔ),在對NURBS參數(shù)化自由曲面進行離散化之后,利用雙三次差值將導平面上的導線投影到自由曲面上生成刀觸軌跡；然后利用構(gòu)建加密網(wǎng)格的方法計算了各刀觸點的法向量,沿曲面的法線方向?qū)⒌队|軌跡進行偏移,得到拋光頭幾何中心的軌跡,即拋光軌跡；最后,通過幾何分析建立了關(guān)于B軸轉(zhuǎn)角的一元二次方程,求解得到了對應于不同刀位點的拋光姿態(tài)角。 以Preston方程為基礎(chǔ)建立了離軸三反自由曲面拋光過程中球形拋光頭的工具影響函數(shù),通過對工具影響函數(shù)進行積分,建立了恒進給速度和變進給速度下的拋光去除輪廓。為了計算沿拋光軌跡的駐留時間,在三反鏡自由曲面上定義了等角度放射狀分布的測量線,建立了測量線上的材料去除方程組,利用非負最小二乘法求解了方程組中的駐留時間。選取了一鏡曲面上的兩條測量線,對測量線上的材料去除進行了仿真預測,結(jié)果表明,駐留時間計算的算法正確,計算誤差在允許范圍之內(nèi)。 實際拋光實驗表明,通過20次的迭代逼近拋光,離軸三反自由曲面一鏡和三鏡的表面粗糙度分別達到了Ra20nm和Ra30nm,形狀精度達到了PV0.3μm。
【關(guān)鍵詞】：光學自由曲面 離軸三反系統(tǒng) 超精密拋光 軌跡規(guī)劃 材料去除 駐留時間
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH74
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題的研究背景及意義10-13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.3.1 光學自由曲面加工的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.2 超精密拋光加工的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容19-22
• 1.4.1 光學自由曲面拋光軌跡規(guī)劃19-20
• 1.4.2 光學自由曲面拋光材料去除控制20
• 1.4.3 離軸三反光學自由曲面拋光實驗研究20-22
• 第2章 離軸三反自由曲面拋光軌跡規(guī)劃22-40
• 2.1 集成拋光工藝體系23-24
• 2.2 自由曲面的參數(shù)域離散24-26
• 2.3 拋光軌跡規(guī)劃26-34
• 2.3.1 同心圓軌跡和螺旋線軌跡27-29
• 2.3.2 近似同心圓軌跡29-31
• 2.3.3 交錯軌跡31
• 2.3.4 拋光姿態(tài)角的求解31-34
• 2.3.5 拋光軌跡運動學逆解34
• 2.4 離軸三反自由曲面軌跡規(guī)劃結(jié)果34-37
• 2.5 本章小結(jié)37-40
• 第3章 離軸三反自由曲面拋光材料去除控制40-54
• 3.1 離軸三反自由曲面拋光策略41-43
• 3.1.1 迭代拋光策略41-42
• 3.1.2 同步拋光與異步拋光策略42-43
• 3.2 拋光材料去除模型43-49
• 3.2.1 拋光機理及Preston方程43-44
• 3.2.2 工具影響函數(shù)44-46
• 3.2.3 材料去除函數(shù)46-49
• 3.3 駐留時間計算49-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第4章 離軸三反自由曲面的拋光實驗54-64
• 4.1 拋光實驗條件54-56
• 4.1.1 拋光實驗平臺54-55
• 4.1.2 拋光工具頭55-56
• 4.2 拋光實驗及結(jié)果分析56-61
• 4.2.1 一鏡拋光實驗56-60
• 4.2.2 一鏡和三鏡的拋光60-61
• 4.3 本章小結(jié)61-64
• 第5章 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 結(jié)論64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考文獻66-74
• 致謝74

【參考文獻】

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1 李榮彬,杜雪,張志輝,高棟,趙偉明;光學自由曲面的超精密加工技術(shù)及應用[J];制造技術(shù)與機床;2004年01期

  本文關(guān)鍵詞：離軸三反光學自由曲面拋光工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：257332