计算全息检测技术的精度溯源研究现状分析(内封面文章)

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作者 李佳 程强 +5 位作者 王孝坤 胡海翔 李龙响 李洪士 薛栋林 张学军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期140-154,共15页

随着光学系统性能的要求越来越高,非球面、自由曲面等复杂光学曲面能够提升系统的成像性能,因此提升复杂光学曲面的检测精度极为重要。干涉检测是测量复杂光学曲面的重要手段,其中计算全息检测法(Computer Generated Hologram,CGH)作为... 随着光学系统性能的要求越来越高,非球面、自由曲面等复杂光学曲面能够提升系统的成像性能,因此提升复杂光学曲面的检测精度极为重要。干涉检测是测量复杂光学曲面的重要手段,其中计算全息检测法(Computer Generated Hologram,CGH)作为干涉检测中的一种,因其精度高和设计自由度大等优点得到了广泛的应用。但是在CGH检测复杂曲面的过程中存在的各类误差会影响波前检测的精度。文中首先介绍了计算全息法的检测精度现状,其次归纳总结了造成计算全息法误差的主要因素。分别介绍了不同误差的产生原理、影响效果、相对应标定补偿方法及适用情景和优缺点;并介绍了基于CGH占空比与线条位置误差的调研现状分析以及现有的研究方法;最后对计算全息法检测的精度溯源和精度提升研究趋势进行了展望。 展开更多

关键词 计算全息图 复杂曲面检测 计算全息图精度溯源 误差分析

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应用四轴联动磁流变机床加工曲面 被引量：9

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作者 李龙响 郑立功 +4 位作者 邓伟杰 王孝坤 李丽富 白杨 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期2819-2826,共8页

以永磁型磁流变抛光机为基础,提出了在光栅式加工轨迹下结合四轴联动机床(不含抛光轮转动轴)和变去除函数实现磁流变抛光技术确定性加工曲面的方法。讨论了曲面上光栅式加工轨迹等面积规划原则和基于矩阵乘积运算的驻留时间求解算法。... 以永磁型磁流变抛光机为基础,提出了在光栅式加工轨迹下结合四轴联动机床(不含抛光轮转动轴)和变去除函数实现磁流变抛光技术确定性加工曲面的方法。讨论了曲面上光栅式加工轨迹等面积规划原则和基于矩阵乘积运算的驻留时间求解算法。分析了磁流变四轴联动机床的机械补偿方式,同时以变去除函数模型为基础从算法上实现了机械的剩余补偿。应用以氧化铈为抛光粉的水基磁流液对口径为80mm、曲率半径为800mm的BK7材料凸球面进行了修形验证实验,一次加工(5.5min)后显示:面形误差分布峰谷值(PV)和均方根值(RMS)从117.47nm和22.78nm分别收敛到60.80nm和6.28nm。实验结果表明:结合四轴联动的低自由度机床和变去除函数算法补偿的磁流变加工工艺能够有效地实现球面及低陡度非球面等曲面的高效确定性加工,为磁流变抛光在光学制造中的应用提供了有力的支持。 展开更多

关键词 光学制造 磁流变抛光 四轴联动 曲面加工 变去除函数 光栅式轨迹

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大口径SiC离轴非球面的高效磨削加工 被引量：11

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作者 殷龙海 王孝坤 +4 位作者 李龙响 李丽富 张志宇 郑立功 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2497-2505,共9页

研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光... 研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光跟踪仪精磨阶段在线测量大口径离轴非球面的工艺。结合工程实践对一口径为700mm×700mm的SiC高次离轴非球面元件进行了逆向工程建模和超声磨削加工试验,并利用激光跟踪仪进行了在线检测。经过3个周期(每个周期4h)的修磨,其面形精度PV值和RMS值分别由45.986μm和7.949μm收敛至12.181μm和2.131μm;与三坐标测试结果进行对比,其PV值和RMS值的偏差分别为0.892 3μm和0.312 8μm。实验显示,提出的磨削工艺实现了大口径SiC离轴非球面的快速精确磨削,其加工精度、效率以及表面质量都有了很大的提高。 展开更多

关键词 光学制造 SiC离轴非球面 快速磨削 超声复合磨削 在线检测

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磁流变抛光系统去除函数的原点位置标定 被引量：9

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作者 郑立功 李龙响 +2 位作者 王孝坤 薛栋林 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期8-14,共7页

为了实现磁流变抛光的确定性加工,对磁流变抛光去除函数的原点位置进行了标定。分析了磁流变抛光去除函数的产生过程及其去除率分布。利用标准圆柱,建立了抛光轮最低点与数控加工中心测头的相对位置坐标变换关系,实现了光学元件在机床... 为了实现磁流变抛光的确定性加工,对磁流变抛光去除函数的原点位置进行了标定。分析了磁流变抛光去除函数的产生过程及其去除率分布。利用标准圆柱,建立了抛光轮最低点与数控加工中心测头的相对位置坐标变换关系,实现了光学元件在机床坐标系中的精确对准。通过在光学元件的特征点上进行去除函数实验测试,实现了抛光轮最低点对应的去除函数原点位置标定,对标定误差进行了分析。选择圆形平面光学元件,应用以金刚石颗粒为抛光粉的水基磁流液,对抛光轮直径为360mm的磁流变抛光系统进行去除函数原点标定,单次标定精度达到0.030mm。实验结果表明:本文提出的去除函数原点标定方法简单可靠,能够满足磁流变抛光技术的修形需求,可为磁流变抛光在光学制造中的应用提供有力支持。 展开更多

关键词 光学制造 磁流变抛光 去除函数 原点标定

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大口径非球面反射镜误差分离组合加工技术 被引量：8

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作者 刘振宇 李龙响 +2 位作者 曾雪峰 罗霄 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期813-819,共7页

为了解决大口径非球面反射镜材料去除效率与面形收敛效率之间的矛盾,提出了基于高低阶面形误差分离的组合加工技术。首先,分析了不同尺寸磨头对不同周期面形误差的控制能力。然后,比较了不同磨头的收敛效率与加工时间之间的关系。最后,... 为了解决大口径非球面反射镜材料去除效率与面形收敛效率之间的矛盾,提出了基于高低阶面形误差分离的组合加工技术。首先,分析了不同尺寸磨头对不同周期面形误差的控制能力。然后,比较了不同磨头的收敛效率与加工时间之间的关系。最后,根据大口径非球面反射镜加工过程中面形误差的特点,将大口径非球面反射镜的面形误差分离为低阶面形误差与高阶面形误差,使用不同加工方式分别对高、低阶面形误差驻留时间进行求解。通过多种加工方式组合加工的方法建立了具有针对性的加工策略,有效提高加工效率。结合工程实例,对一块口径为2.04m的非球面SiC反射镜进行了加工试验,单个组合加工周期内面形收敛效率达到61.2%。结果表明,高阶与低阶面形误差均得到较好的去除。材料去除效率与面形收敛效率均得到提高,达到了良好的效果,满足加工需求。 展开更多

关键词 光学加工 误差分离 组合加工 高阶误差 低阶误差

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离轴光学系统的畸变分析及焦距测量 被引量：5

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作者 程强 胡海翔 +3 位作者 李龙响 王孝坤 罗霄 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第22期2839-2846,共8页

为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方... 为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正,利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。首先,对离轴光学系统的理论畸变进行了分析,提出了等效焦距的概念,并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析;接着,针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量;最后,利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。与ZEMAX光线追迹的结果相比,利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366 mm;对于某装调完成的离轴光学系统,实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378 mm,相对偏差为0.073%。验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量具有正确性及精度保证,将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。 展开更多

关键词 离轴光学系统 畸变分析 焦距测量 等效焦距 高阶畸变系数

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预置曲率研磨盘提高行星研磨技术去除函数稳定性 被引量：3

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作者 海阔 曾雪锋 +3 位作者 李锐钢 李英杰 李龙响 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1620-1630,共11页

行星研磨技术由于提升磨削接触点相对速度,能够有效提高材料去除效率。但由于传统研磨盘不均匀磨损,导致研磨盘形状持续改变,从而影响了研磨过程中去除函数的稳定性和准确性,限制了该技术的应用。本文针对基于小磨头行星运动方式,通过... 行星研磨技术由于提升磨削接触点相对速度,能够有效提高材料去除效率。但由于传统研磨盘不均匀磨损,导致研磨盘形状持续改变,从而影响了研磨过程中去除函数的稳定性和准确性,限制了该技术的应用。本文针对基于小磨头行星运动方式,通过建立构建磨损函数,预置研磨盘曲率半径,使研磨盘满足在加工单周期后各点去除量相等,从而提升去除函数稳定性。通过实验验证,研磨去除函数与模型仿真计算结果一致,验证了模型的准确性,利用优化后的研磨盘可获得高效稳定的去除函数。采用直径40 mm SiC研磨盘研磨SiC工件,实验结果表明:对比加工前后研磨盘磨损情况,面形变化小于1%,符合均匀去除要求;对比多组不同研磨阶段去除函数,体积去除率误差小于2.3%,满足光学研磨去除函数稳定性要求;在公转100 r·min^(-1),自转-100 r·min^(-1)条件下,体积去除率达到6.879 mm3·min^(-1),比同样参数下的平转动研磨提高了40.9%的去除量。证明了行星研磨技术能够通过参数设计获得高稳定性的高效去除函数,为行星运动研磨技术应用于SiC镜片高效加工提了供可靠的理论指导。 展开更多

关键词 光学加工 行星运动研磨 研磨盘磨损模型 去除函数稳定性

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磁流变抛光技术

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作者 李龙响 白杨 +3 位作者 王旭 罗霄 薛栋林 张学军 《中国科技成果》 2024年第12期F0002-F0002,I0001,共2页

大口径复杂曲面高精度制造技术是天文精细观测、空间对地遥感、强激光应用及短波光刻等领域代表国家整体技术水平的核心关键技术,由于涉及到国家安全、战略侦察、集成电路及高端零部件制造等敏感领域,欧美国家就大口径高精度复杂曲面制... 大口径复杂曲面高精度制造技术是天文精细观测、空间对地遥感、强激光应用及短波光刻等领域代表国家整体技术水平的核心关键技术,由于涉及到国家安全、战略侦察、集成电路及高端零部件制造等敏感领域,欧美国家就大口径高精度复杂曲面制造技术对我国实行严格的技术封锁. 展开更多

关键词 激光应用 整体技术水平 敏感领域 零部件制造 战略侦察 集成电路 复杂曲面 核心关键技术

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磁流变抛光液的配制及其抛光稳定性 被引量：16

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作者 白杨 张峰 +3 位作者 邓伟杰 李龙响 郑立功 张学军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期175-182,共8页

磁流变液是一种分散体系,通过对分散体系稳定性的研究,并结合磁流变抛光的实际需求,确定了磁流变抛光液添加组分,配制出了适合于光学加工的水基磁流变抛光液。所配制的磁流变液初始粘度仅为0.2Pa·s,利用磁流变仪检测所配制磁流变... 磁流变液是一种分散体系,通过对分散体系稳定性的研究,并结合磁流变抛光的实际需求,确定了磁流变抛光液添加组分,配制出了适合于光学加工的水基磁流变抛光液。所配制的磁流变液初始粘度仅为0.2Pa·s,利用磁流变仪检测所配制磁流变液在剪切率为1s-1,磁场强度为0.35T时,剪切应力达42.5kPa。利用所配制的磁流变抛光液分别对K9玻璃和Si材料进行抛光,经过2h持续抛光,K9玻璃和Si材料去除函数的峰值去除量相对变化率分别为0.15%和0.22%,体积去除量相对变化率分别为1%和0.88%,去除函数的峰值去除率分别达到4.83μm/min和1.376μm/min。结果验证了所配制的抛光液具有极好的稳定性以及较高的去除效率,能够保证抛光材料的快速去除和高效收敛。 展开更多

关键词 材料 光学加工 磁流变抛光液 分散机理 去除函数 材料去除效率 稳定性

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碳化硅基底改性硅表面的磁流变抛光 被引量：17

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作者 白杨 张峰 +2 位作者 李龙响 郑立功 张学军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期308-315,共8页

为克服传统抛光方法在硅改性的碳化硅表面抛光存在的不足,采用磁流变抛光在精抛光阶段实现面形误差高效去除和快速收敛。基于实际应用中的对磁流变抛光液的需求,提出了磁流变液的性能要求,并配制了适合改性硅表面抛光的磁流变抛光液,检... 为克服传统抛光方法在硅改性的碳化硅表面抛光存在的不足,采用磁流变抛光在精抛光阶段实现面形误差高效去除和快速收敛。基于实际应用中的对磁流变抛光液的需求,提出了磁流变液的性能要求,并配制了适合改性硅表面抛光的磁流变抛光液,检测所配制的抛光液体的流变特性和分散稳定性,证明了液体具有良好的性能。对口径为130 mm(有效口径为120 mm)的硅改性的同轴非球面碳化硅工件进行实际抛光。经过两个周期约3 h的抛光,面形误差均方根(RMS)从0.051λ(λ=632.8 nm)快速收敛至0.012λ,粗糙度Ra达0.618 nm。验证了所配制的磁流变抛光液满足碳化硅基底改性硅表面的抛光需求,证明了磁流变抛光技术在镜面硅改性后精抛光阶段具有独特的优势。 展开更多

关键词 材料 表面改性硅 碳化硅 精抛光 磁流变抛光 非球面

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大口径光学元件磁流变加工驻留时间求解算法 被引量：5

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作者 李龙响 邓伟杰 +3 位作者 张斌智 白杨 郑立功 张学军 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期209-215,共7页

为了解决大口径光学元件磁流变高精度加工问题,基于矩阵运算模型,提出了SBB(Subspace Barzilai and Borwein)最小非负二乘与自适应Tikhonov正则化相结合的驻留时间快速求解方法。同时,在一次收敛中采用双去除函数优化螺旋线轨迹下光学... 为了解决大口径光学元件磁流变高精度加工问题,基于矩阵运算模型,提出了SBB(Subspace Barzilai and Borwein)最小非负二乘与自适应Tikhonov正则化相结合的驻留时间快速求解方法。同时,在一次收敛中采用双去除函数优化螺旋线轨迹下光学元件的加工,保证中心区域与全口径面形精度一致。仿真表明该算法与常用Lawson-Hanson最小非负二乘法相比,计算精度一致且求解效率大幅提高。对Φ600mm以彗差为主的光学表面模拟加工,峰谷(PV)值和均方根(RMS)值从初始的2.712λ与0.461λ中心区域全局一致收敛到0.306λ和0.0199λ(λ=632.8nm)。因此,提出的算法能够在有效保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,为磁流变抛光应用于大口径光学元件提供有力支持。 展开更多

关键词 光学制造 驻留时间 矩阵运算 全局收敛 磁流变抛光

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