纳米精度非球面研磨抛光技术.pdf

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资源描述
年2月
航空精密制造技术
第40卷第1
A VIA TION PR&CISION MA NUEA CTURING TECHNOLOGY
Vol 40 No t
精密加工
纳米精度光学非球面研磨、抛光技术*
程灏波,王英伟2
(1.清华大学精仪系,北京100084;2.长春理工大学材料系,长春130022
[摘要]介绍了高精度光学非球衝的研磨、抛光技术与计算机控制水平、杌槭设计能力等相关领城的发展
关键词」非球面;计算机控制光学表面成形;主轴摆动式
[中图分类号]TG580.692
[文献标识码]A
文章编号]110-5451(2004)01-0006-04
Grinding and Polishing Technology for High Accuracy Aspheric Surface
CHENG Hao-bo, WALN Ying.-we
(1. Department of Precision Intrument and Technclogy, inghua University, Beijing 100084
2. Departmenl of Material, Changchun Univxtg f Science and Technology, Changch 130022)
Abstract The grining amd polisfuug hology for largeaperure high-accuracy aspheric surface is introduced, such a
stress polishing, magnetic vr ation polishing, ion beam polishing and x-axis linkage polishing, which is directly related to the
development of relative research area such as control level and mechanical design ability
Keywords] aspheric surface; computer ontrol optical surface formation; swing axis
引言
非球面制造技术的发展动态
随着天文科技的发展,对大口径、高精度的非
20世纪70年代初,美国[tek公司率先提出了
球面反射镜的需求不断增加,同时,传统经典加工.利用计算机控制一个小型加工工具进行光学加工
方法暴露出加工效率低、手修过程易岀错等缺点
的技术思想,并且在控制软件、机床设备以及检测
在此情形之下,发展高效率加工新技术的要求摆在方法等方面做了大量的工作。但是,由于受当时的
了光学加工投术人员的面前。大口径离轴非球面的计算机技术及精密测量技术发展水平的制约,光学
研磨、抛光技术直接与计算机控制水平、机械设计加工的数控技术未能够儆到完全实用化
能力等相关领城的发展密切相关,最初由美国Itek
其后,诸如 Tinsley公司、 Perkin- Elmer公司
司的W.J.Rupp在70年代初期提出计算机控制 Arizona大学光学科学中心、法国空间光学制造中
非球面加工技术非球面元件的计算机控制光学表心、德国 Carl Zeiss A公司、俄罗斯瓦维洛夫国家光学
面成形技术(COS),从而开创了非球面元件的数控研究所等均在此縯域开展了深入的研究。
制造纪元。数控机床作为发展现代先进光学制造技
然而,COS技术的真正快速发展是到了80年
术的基础设施叫,其控制精度及加工方式的合理性代中后期,在此期间,本领域处于世界领先地位的
是实现加工有效去除的关键
国家有美国、俄罗斯及法国叩。就美国而言, Union
基金项目:国家自然科学基金资助项目(5017506
Abridge等公司在80年代中后期研制了与单点金
因家863高技术项目基金(2001A42140
刚石车床具有同等精度的金刚石磨床,利用其能
O1994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
航空精密制造技术》2004年第40卷第1期
够对光学玻璃、光学晶体等脆性材料进行磨削加偏差0.3mm,△K为+0.001)得以验证。并在此基础
工,面形精度可以达到0.3~0.5um(PV);在此期间,比
先后开展了大量的工艺实验研究,在边缘误差
较有代表性的是美国的几家大型公司与 Rochester控制、研磨阶段表面质暈控及控制参数的优化方
大学以及 Arigona大学共同研制成功的两代自动光面取得了一定的进展,为今后的系统优化、进一步
学加工机床 Opticam SM和 Opticam SX150
完善提供了技术储备
该系列设备扩充了光学加工的数控概念,不仅
应该指出,这些工作为非球面元件的制造技术
能够进行成形、抛光前精研操作,同时还具有定心、奠定了更可靠的基础,推动着先进光学制造科学的
倒边角及校准镜面高度的功能,借助于该套设备,发展。
在五分钟之内就可以加工出面形精度达到1pm
(PV)、直径为50mm的玻璃非球面元件?。
2非球面制造技术综述
随着计算机挖制小工具加工技术的日益成熟
CCOS加工体现出了令人惊喜的高效率,特別是人2.1、应力抛光技术( Stress_ Lap Polishing
1987年到1989年的三年间,光学元件的加工效率
应力抛光技术出现于0世纪80年代,它利用
提高了约四倍。用tek公司光学系统部负责人主动变形扳术使肌为盘在对拉球面光学表面进行
jerrold Zimmerman的话来说,CCOS技术的发展,是抛光过程中,通过\算控制实时改变抛光盘的形
随着计算机、精密测量、新工艺新材料等综合技术状,使具合埋论非球面面形,进而将被加工向
的发展而不断自我完善的过程。
标准非球面修正。实质上,应力抛光技术也是子ロ
与此同时, Rochester大学学測近中心径抛光技术的-种( Subaperture Polishing Lap),是
(COM)近年发展的新-进光学制造技术当中,对CCOS技术的充实。
具有代表性的工作是确定性加工( deterministic
Arizona大学光学中心(OSC)现已成功利用应
processes),包括三个方面的内容
力抛光技术倒造出直径0.3m及1m的应力抛光盆,
①计算机控制光学表面成形( computer抛光盘采用25mm厚的铝合金材料,基本形状为球
controlled optical surfacing. CCOS)。CCO0S技术近年面,利用边缘的12个伺服促动器( actuator)牵引横
来的发展是采用确定性趯精黁技术( deterministic贯抛光盘背部的钢丝产生应力,进而实现抛光盘的
microgrinding)和确定性抛光技术( deterministic低阶变形,另外3个促动器用于控制抛光压力和压
polishin)在精密的CNC设备上生产高精度透镜,力、力梯度。在计算机的控制下,抛光盘在12个促动器
求达到以磨代抛;
的作用下在不同的空间位置上抛光扯符合不同的
②离子束成形技术( ion beam figuring, IBF)。该局部非球面面形,3个促动器根据变形误差
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