没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
为了验证离子束修正超高陡度镜面的能力,对采用五轴离子束加工超高陡度镜面的问题进行了分析研究和加工实验。根据现有检测条件制定了实验方案并对面形数据进行了处理;对超过机床五轴加工摆轴行程区域的驻留时间进行了补偿;建立了离子束五轴加工后置处理算法,根据该算法编制了数控程序生成软件,并通过实验验证了生成的数控程序的正确性;最后进行了超高陡度镜面的五轴离轴加工实验,经过5 轮迭代加工后,元件面形由初始的峰谷(PV)值为57.983 nm、均方根(RMS)值为9.406 nm,收敛PV 值为11.616 nm、RMS 值为1.306 nm,总收敛比达到7.20。实验结果表明:采用五轴离子束加工超高陡度镜面的方案可行,并且获得了较高的收敛效率和加工精度,同时验证了离子束离轴镜加工的可行性。
资源推荐
资源详情
资源评论
第 35 卷 第 6 期
2015 年 6 月
Vol. 35, No. 6
June, 2015
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0622001-
应用五轴离子束修正超高陡度镜面
马占龙 谷勇强 彭利荣 王高文
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 吉林 长春 130033
摘要 为了验证离子束修正超高陡度 镜面的能力,对采用五轴离子束加工超高陡 度镜面的问题进行了分析研究和
加工实验。根据现有检测条件制定了实验方案并对面形数据进行了处理;对超过机床五轴加工摆轴行程区域的驻
留时间进行了补偿;建立了离子束五轴加工后置处理算法,根据该算法编制了数控程序生成软件,并通过实验验证
了生成的数控程 序的正确性;最后进行了超高陡度镜面的五轴离轴加工实验,经过 5 轮迭代加工后,元件面形由初
始的峰 谷 (PV)值 为 57.983 nm、均方 根(RMS)值为 9.406 nm,收敛 PV 值为 11.616 nm、RMS 值 为 1.306 nm,总收 敛比达
到 7.20。实验结果表明:采用五轴离子束加工超高陡度镜面的方案可行,并且获得了较高的收敛效率和加工精度,
同时验证了离子束离轴镜加工的可行性。
关键词 光学制造; 离子束; 超高陡度; 面形修正
中图分类号 TH161; TQ171.6+ 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201535.0622001
Ultra-Gradient Mirror Figuring by 5-Axis Ion Beam
Ma Zhanlong Gu Yongqiang Peng Lirong Wang Gaowen
State Key Laboratory of Applied Optics, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese
Academy of Science, Changchun, Jilin 130033, China
Abstract In order to verify the machining capability of ultra- gradient mirror figuring by ion beam, the
figuring of ultra- gradient mirror by 5- axis ion beam is investigated. First, based on the existence measure
condition, the experiment scheme is presented and the surface figure date is processed. The dwell time of the
area exceed the machine range is compensated. Then the post processing for 5-axis ion beam figuring machine
is established, the numerical control generate software is programed based on the post processing, and the
correctness of the numerical control program is verified through experiment. Finally, the off- axis figuring
experiment of ultra-gradient mirror by 5- axis ion beam is carried out, and through five iterations, the surface
figure is improved from initial condition: the peak valley (PV) value is 57.983 nm, the root mean square (RMS)
value is 9.406 nm to final condition: PV value is 11.616 nm, RMS value is 1.306 nm. Convergence ratio reaches
7.20. The results indicate that ultra-gradient sphere mirror can be figured by 5-axis ion beam figuring machine
to achieve high efficiency and precision, and the figuring of off- axis mirror by ion beam figuring is verified at
the same time.
Key words optical fabrication; ion beam figuring; ultra-gradient; surface figuring
OCIS codes 220.4610; 220.5450
收稿日期: 2014-11-19; 收到修改稿日期: 2015-01-26
基金项目: 国家科技重大专项(2009ZX02205)
作者简介: 马占龙(1983—),男,硕士,助理研究员,主要从事超高精度光学元件加工方面的研究。
E-mail: mzlcumt@126.com
1 引 言
离子束 修形作 为一种 非接触 式光学 加工方 法,具有加 工精度 高、去除函数稳定、面形收敛速度快、无边
缘效应和亚表面损伤等特点,广泛应用于超高精度光学元件的加工
[1-3]
。
离子束修形同样采用了现代光学制造领域广为人知的计算机控制表面成型技术的基本理论,根据材料
去除量 精确控 制离子 束在光 学元件 不同位 置处的 运动轨 迹和驻 留时间 来实现 。材料 去除量可以表示为去
1
光 学 学 报
0622001-
除函数和驻留时间的二维卷积,而材料去除量和去除函数 均为已 知量,驻留时间就可以通过反卷积计算求
得
[4-7]
。在离子束修形过程中,去除函数除了受到屏栅电压和电流等工艺参数的影响外,还与入射角度有关,
对于平面和低陡度镜面,入射角不变或者变化很小,去除函数基本保持不变,采用三轴运动加工即可。而对
于高陡度镜面,为了保证任意加工点处的入射角度不变,进而确保去除函数稳定,普遍采用五轴运动系统来
控制离子源与光学元件之间的相对运动,使离子束能始终沿着光学元件表面法线方向入射。由于五轴运动
系统的技术难度相比三轴系统要高,2008 年德国 IOM 实验室的 Haensel T 等
[8]
首先对采用线性三轴离子束系
统修正高陡度曲面进行了研究,通过实验法获得了离子束 去除效 率同入 射角度 的变化 关系,并建立了带有
补偿系数的驻留时间模型,使用束径 1.0 mm(半峰全宽)的离子束将一口径 13.5 mm、曲率半径 10.44 mm 的凸
球面镜的面形精度[均方根(RMS)值]由 4.5 nm 提升到了 0.6 nm。2010 年国防科技大学的廖文林等
[9]
对不同入
射角下离子束修形材料去除特性进行了理论 分析和 实验研 究,确 定了去 除效率 与入射角的非线性关系,提
出了补偿面形误差和补偿驻留时间两种方式,通过实验将一口径 21.3 mm、曲率半径 16 mm 的凸球面镜面形
精度(RMS 值)由 13.1 nm 提升 到了 5.9 nm。 但是,上述实验均是 在小 口径 元件上进行的,对于大口径超 高陡
度镜面的三轴加工,考虑到 离子源 结构尺 寸和加 工靶距的限制,在加工镜面边缘时可能出现离子源与镜面
干涉的情况,此时,解决方案包括减小离子源结构尺寸、加大加工靶距或采用 5 轴加工方式。而本实验室现
有一台五轴离子束加工机床,因此,本文将在不改变离子源结构尺寸和 加工靶 距的情 况下采 用五轴 加工方
式进行超高陡度镜面的加工实验,验证离子束修正超高陡度球面镜的能力。
2 超高陡度镜面五轴加工实验
2.1 实验方案
本实验 室现有 菲索干涉仪和子孔径拼接 干涉仪 两种面 形检测手段,对于 超高陡 度镜面,菲索干涉 仪受
到 F 数更 小 的标 准具的 限制 ,而子孔 径拼 接干涉 仪的检 测精 度又不 高。因 此,提 出了如 图 1 所 示 的实 验方
案,选取一小口径低陡度球面镜,采用菲索干涉仪正 常检测,检测位置如图 1(a)所示,保证检测精度,加工时
将其镶嵌到的加工工装中,加工位置如图 1(b)所示,此时即可获得超高陡度球面镜加工的实验效果。
图 1 实验方案示意图。(a) 检测位置;(b) 加工位置
Fig.1 Sketch of experiment scheme. (a) Position of measurement; (b) position of process
2.2 面形数据处理
由图 1 可知,加工坐标系和检测坐标系不同,因此需要将检测坐标系下的结果转换到加工坐标下,而离
子束是沿法向方向去除误差高点的,在坐标变换过程中,只需考虑镜面各点坐标值的变换即可,面形误差本
身不需要变换。建立如图 2 所示的检测和加工坐标变换示意图,其中 Y′O′Z′为检测坐标系,YOZ 为加工坐标
系,对 Y′O′Z′进行旋转和平移得到元件在 YOZ 坐标系下的面形数据
[10-11]
。
图 2 检测和加工坐标变换示意图
Fig.2 Sketch of measurement and process coordinate transformation
设 O′点在 YOZ 坐标系中的 坐标为 (a,b),O′Y′与 OY 的夹角 为θ,则 Y′O′Z′坐标 系下的任意点在 YOZ 坐标
系下的坐标可以用以下坐标变换关系求得:
2
剩余7页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38691742
- 粉丝: 4
- 资源: 903
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- C#ASP.NET销售管理系统源码数据库 SQL2008源码类型 WebForm
- 1111232132132132
- 基于MAPPO算法与DL优化预编码的多用户MISO通信系统双时间尺度传输方案设计源码
- 基于微信拍照功能的ohos开源CameraView控件设计源码
- 基于JavaCV的RTSP转HTTP-FLV流媒体服务设计源码
- 基于Python的西北工业大学MobilePhone软件开发项目设计源码
- 基于Java语言实现的LeetCode-hot100题库精选设计源码
- 基于ThinkPHP5.0的壹凯巴cms设计源码,适用于小型企业建站灵活组装开发
- C#ASP.NET酒店管理系统源码(WPF)数据库 Access源码类型 WinForm
- 基于Java和Kotlin的多任务多线程断点续传下载框架设计源码
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功