光学非球面零件的超精密加工.pptVIP

如果最大偏离量只有几微米，可以在最接近球面抛光结束后进行修抛； 最大偏离量在几十到几百微米时，可在细磨时进行； 最大偏离量达到几毫米，需要在粗磨成形时就完成修改。 计算机控制小工具抛光技术是采用比被加工光学元件尺寸小很多的柔性抛光工具，根据干涉仪等光学表面面形检测仪器测得的面形数据，选择合适的抛光参数在计算机控制下按照一定的路径加工工件表面，使其面形逐步收敛。 实质目的是把高级光学加工者的加工技巧数字化、定量化，由计算机驱动机床运动系统，从而控制抛光模对光学工件表面进行加工。 ②CCOS的设计思路 一个反复迭代的闭环控制过程 面形检测 与预期面形比较 选择抛光参数 计算驻留时间函数和运动路径 预算残余误差 形成机床控制文件 数控抛光一个周期 光学镜面的任意一点的材料去除量 ?首先，由高精度光学面形测量仪测量光学元件的面形误差，取得目前光学表面的面形数据； ?将面形数据与预期的面形比较，得到本加工周期所需要达到的材料去除分布函数Δz； ?选择抛光函数，根据预期的材料去除量Δz计算驻留时间函数和最优化的加工路径并通过计算机模拟最终抛光结果，如果模拟结果不符合要求，则需要重新选择抛光参数，再一次进行计算机模拟； ?重复?，直到模拟的抛光结果符合要求时，将抛光模运动参数转化成机床控制文件，并传送到机床数控系统； ?机床数控系统读入并执行控制文件，驱动机床各运动机构按照一定参数运行，实现本周期内抛光模对工件表面的加工； ?这一个加工周期完成后，再次用面形检测仪实时检测工件面形，为下一个加工周期提供面形数据；如此周而复始，反复迭代，直到得到符合要求的光学表面。 应力盘是采用大尺寸刚性盘作为基盘，在周边可变应力的作用下，盘的面形可以实时地变成所需要的面形。在抛光过程中，安装于应力盘上的驱动器根据计算机发出的变形盘相对镜面位置和方向指令，改变边缘力拒的大小，使应力盘始终与光学非球面镜表面匹配。 8.4.2 应力盘抛光技术 ①概述 ②应力盘工作的基本原理 ③应力盘抛光机床 无论应力盘系统本身有多么复杂，对于机床来说，它始终是一个在工件表面移动的“刀具”。机床控制系统必须为这个特殊的“刀具”提供可以移动到光学镜镜面上的任意位置的运动。 机床采用数控系统，自动控制应力盘抛光模在工件表面上按照已有的加工程序进行抛光。 机床各传动机构的设计应该尽可能减小机械摩擦、消除空回间隙和爬行；在每个运动方向设置限位开光，可以在发生电器故障或操作失误时自动关闭系统以防止损坏机床和工件。 ④采用应力盘的大镜加工工艺与面形检测 小型金刚石砂轮数控铣磨表面成形 机械探针法测量 加工精度为5μm rms。 计算机控制应力盘加散粒磨料精磨 激光干涉仪 加工精度在0.5μm rms。 计算机控制应力盘抛光 激光干涉仪 加工精度达0.05～0.02μm rms。 8.4.3 离子束成形技术 离子束成形技术是对模具研、抛技术的重大突破，是利用离子束直接轰击工件表面的惯量转换的方法、在原子量级上的溅射材料去除。 ①离子束成形系统 真空系统：由两级机械泵和冷凝泵组成 离子源位移系统：由5轴联动数控系统控制 离子源系统：宽束准直氩离子源 ②工艺建模与去除函数 建模条件 材料的去除是线性的并正比于驻留时间 在整个表面各处的溅射材料去除速率一致 离子束去除函数对时间恒定 离子束去除函数对位置不敏感 3个基本量输入 离子束去除函数 期望的去除分布函数 离子束扫描路径 输出驻留时间分布函数 8.5 超精密非球曲面加工机床实例 8.5.1 大型非球面加工机床的设计 ①大型非球面零件加工精度要求分析 加工尺寸及精度要求 尺寸要求：非球面零件口径要求在300～1000mm甚至更大 精度要求：面形精度优于1/40λ rms，表面粗糙度2nm 加工工艺分析 粗磨（铣磨成形）——精密研磨抛光 * * 第8章 光学非球面零件的超精密加工技术与设备 8.1.1 光学非球面零件的性能特点 非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。 非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。 8.1 概述 8.1.2 光学非球面零件的制作工艺 按特点分： 模具成形法：是在非球面模具上用可塑化材