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异形离轴光学元件加工技术研究

作　者: 冯晓
导　师: 范斌
学　校: 中国科学院研究生院（光电技术研究所）
专　业: 光学工程
关键词: 光学加工异形离轴非球面计算机控制光学表面成型技术
分类号: TH751
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 32次
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内容摘要

大型望远镜是观测天体的重要手段。由于口径庞大，大型望远镜的加工常常采用分而治之的策略，即首先将其划分为各种形状的子镜，然后再并行加工。因而研究异形离轴光学元件的加工是十分必要的。异形离轴光学元件的加工方法有很多种，例如数控小工具加工方法（CCOS），能动磨盘加工方法和气囊加工方法等。数控小工具研抛方法是计算机控制比光学元件小得多的磨头来进行研抛，它是发展比较早的一种光学加工技术，结构相对简单，研究使用这种方法加工异形离轴件对其它的加工方法有很大的指导意义。本文根据普林斯顿方程，研究了数控小工具研抛光学工件的去除量的特点。根据实测数据分别修正了小工具位于工件内部与边缘的静态去除函数。根据工件的几何特点，并参考工具的动态去除函数特点，建立了数控小工具的研抛轨迹，并计算了各轨迹点间的速度。本文通过改进的正则化方法计算出轨迹点处的驻留时间。最后采用MATLAB编写了模拟加工的控制程序，利用输出的数控代码进行了实际的加工工艺实验，结果证明了理论的正确性。本文的分析结果对实际应用计算机控制研抛方法加工异形离轴镜提供了一定的理论指导意义。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内外异形离轴非球面光学元件加工方法  10-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第二章 CCOS 技术应用于异形离轴非球面的加工模型研究  17-51
  2.1 简介  17-18
  2.2 异形离轴非球面光学元件加工量的计算方法  18-22
    2.2.1 计算离轴光学元件加工量的特殊性  18-19
    2.2.2 以离轴件中心点为原点的异形离轴非球面坐标表达式  19
    2.2.3 根据测量数据计算加工量  19-20
    2.2.4 最接近球面的计算  20-22
  2.3 CCOS 技术中去除函数的研究  22-33
    2.3.1 CCOS 加工光学元件的基本原理  22-23
    2.3.2 内部静态去除函数的数学模型  23-26
    2.3.3 内部静态去除函数模型的修正  26-29
    2.3.4 边缘静态去除函数的阶跃模型  29-31
    2.3.5 边缘静态去除函数的修正  31-33
  2.4 加工轨迹研究  33-42
    2.4.1 轨迹形状的规划  33-34
    2.4.2 边缘轨迹位置的确定  34-40
    2.4.3 轨迹行进速度计算  40-42
  2.5 驻留时间求解方法研究  42-49
    2.5.1 常见驻留时间求解方法  42-43
    2.5.2 线性方程组方法求解驻留时间  43-44
    2.5.3 常见的正则化方法  44-45
    2.5.4 采用改进的正则化方法求解驻留时间  45-46
    2.5.5 改进正则化算法的数值模拟测试  46-49
  2.6 本章小结  49-51
第三章异形离轴非球面加工工艺软件与数控机床简介  51-59
  3.1 简介  51
  3.2 工艺控制软件编写  51-57
    3.2.1 最接近球面计算模块  52-53
    3.2.2 加工残差计算模块  53-54
    3.2.3 轨迹生成模块  54-55
    3.2.4 驻留时间计算模块  55-57
  3.3 数控研磨抛光机床简介  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第四章矩形离轴抛物面镜的加工仿真及工艺实验  59-70
  4.1 简介  59-60
  4.2 初始加工量的计算  60-61
  4.3 研磨阶段加工工艺实验  61-68
    4.3.1 实验结果  62-66
    4.3.2 结果分析  66-68
  4.4 抛光阶段的仿真  68-69
  4.5 本章小结  69-70
第五章全文总结与展望  70-72
  5.1 论文取得的主要成果  70
  5.2 本论文的主要创新点  70-71
  5.3 研究展望  71-72
参考文献  72-75
个人简历及在学期间发表的学术论文与研究成果  75

异形离轴光学元件加工技术研究

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