计算机控制离轴非球面制造技术研究提纲

计算机控制离轴非球面制造技术研究提纲

　　在保证像质的前提下，非球面元件的采用可以减少光学系统的复杂性、尺寸以及重量，特别针对大口径空间遥感器，非球面元件的采用意义尤为重要。目前，随着民用资源调查以及国防军事要求的提高，要求空间相机的视场越来越大、分辨力越来越高，以美国最先进的KH-13空间相机为例，其地面分辨力可达到了0.1米的水平。我们正在开展研制的宽覆盖详查相机其技术指标也瞄准了国际最为先进的技术水平，作为相机中的关键部件-大尺寸离轴非球面光学元件的制造是相机研制的关键攻关技术。 本文采用以计算机控制光学表面成形(Computer ControlledOptical Surfacing)技术为核心的大尺寸非球面光学元件制造技术，依靠自行研制的非球面数控加工中心、双测头面形轮廓仪等关键设备，在对以往非球面数控制造技术继承与发展的基础上开展了对大尺寸离轴非球面元件制造技术的研究。本文以空间宽覆盖详查相机中关键光学元件—离轴三镜试验件的制造任务为主线开展了以下几个主要方面的研究工作。

　　第一章 绪 论13-32

　　1.1 引言13-14

　　1.2 课题研究目的及意义14-16

　　1.3 非球面加工方法介绍16-27

　　1.3.1 轻量化技术16-19

　　1.3.1.1 复制技术(Replication Lightweight Technology)17-18

　　1.3.1.2 “面片”技术 (Facesheet Lightweight Technology)18

　　1.3.1.3 蜂窝状结构(Honeycomb technology)18-19

　　1.3.2 非球面的铣磨成型技术19-21

　　1.3.3 非球面的研磨、抛光技术21-27

　　1.3.3.1 计算机控制抛光(Computer Controlled Optical Surfacing)21-23

　　1.3.3.2 应力抛光技术(Stress Lap Polishing)23-24

　　1.3.3.3 磁流变抛光技术(Magnetorheological Finishing)24-26

　　1.3.3.4 离子束抛光(Ion Beam Milling)26-27

　　1.3.3.5 离轴非球面镜制造技术27

　　1.4 非球面面形检测方法27-30

　　1.4.1 轮廓测量27-29

　　1.4.2 斜率测量29

　　1.4.3 零位补偿检验29-30

　　1.4.4 非零位检验30

　　1.5 本文的主要研究内容30-32

　　第二章 离轴非球面初始球面及磨盘参数的确定32-54

　　2.1 简 介32-35

　　2.2 离轴非球面度及最接近球面曲率半径的求解35-39

　　2.3 CCOS制造技术中小磨头的结构及参数优化设计39-53

　　2.3.1 计算机控制光学表面成形技术的数学模型39-41

　　2.3.2 磨头工作函数的计算机模拟及优化设计41-53

　　2.3.2.1 行星运动磨头参数及结构的优化设计41-47

　　2.3.2.2 平转动方式下抛光盘的去除函数47-51

　　2.3.2.3 研磨材料工艺实验51-53

　　2.4 本章小结53-54

　　第三章 研磨阶段测量方法的研究54-79

　　3.1 简 介54-55

　　3.2 双测头轮廓仪的构成55-60<div

　　3.2.1 测量单元55-57

　　3.2.2 控制单元57

　　3.2.3 软件单元57-60

　　3.3 双测头轮廓仪测量原理60-71

　　3.3.1 测量过程描述60-61

　　3.3.2 测量原理61-63

　　3.3.3 测量结果中线性误差的去除63-66

　　3.3.4 测头直径的三维补偿66-67

　　3.3.5 双测头轮廓仪测量精度分析67-71

　　3.4 面形误差的SHEPARD插值处理71-74

　　3.5 基于SHEPARD插值模型的CCOS研磨实验74-78

　　3.6 本章小结78-79

　　第四章 抛光阶段面形检测方法的研究79-97

　　4.1 简 介79-80

　　4.2 零位补偿检验的原理80-81

　　4.3 零补偿器的类型81-83

　　4.4 补偿检验中的一些注意事项83-84

　　4.5 零位补偿器的设计84-91

　　4.6 零位补偿检验中调整误差对测量结果的影响91-96

　　4.7 本章小节96-97

　　第五章 矩形离轴非球面的制造97-114

　　5.1 简介97

　　5.2 离轴三镜的研磨97-104

　　5.2.1 初始球面的确定97-100

　　5.2.2 离轴非球面的研磨100-104

　　5.3 离轴三镜的抛光104-113

　　5.3.1 温度可控抛光盘的制备106-107

　　5.3.2 三镜的抛光107-113

　　5.4 本章小结113-114

　　第六章 结论及工作展望114-116

　　参考文献116-125

　　致 谢126

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