光學(xué)自由曲面作為制造技術(shù)和光學(xué)工程領(lǐng)域相互促進(jìn)而出現(xiàn)的典型特征表面,為光學(xué)領(lǐng)域發(fā)展注入了新的活力。它不但可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減輕系統(tǒng)重量,也使系統(tǒng)光學(xué)性能有很大程度提高。為滿足光學(xué)應(yīng)用性能的要求,需要依靠高精度加工予以保證。超精密加工過(guò)程中不可避免地受到機(jī)床幾何誤差、刀具誤差、熱誤差等各種誤差的影響,降低光學(xué)元件的加工精度,進(jìn)而影響光學(xué)元件的最終使用性能。目前加工誤差的相關(guān)研究主要集中在加工誤差建模、測(cè)量和補(bǔ)償?shù)确矫?但超精密加工過(guò)程的誤差項(xiàng)較多,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有誤差項(xiàng)的測(cè)量和補(bǔ)償,因此,需要研究各個(gè)加工誤差項(xiàng)的影響本質(zhì)及規(guī)律,確定主要加工誤差。同時(shí),超精密機(jī)床的精度高,傳統(tǒng)測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這類機(jī)床幾何誤差的測(cè)量,因此,進(jìn)行加工誤差的辨識(shí)和補(bǔ)償也成為其研究的另一個(gè)重點(diǎn)。此外,被加工光學(xué)元件的光學(xué)性能是加工的最終目標(biāo),如能從光學(xué)性能評(píng)價(jià)入手,進(jìn)行加工誤差的辨識(shí)和補(bǔ)償,直接提高最終光學(xué)性能,從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)質(zhì)量可控加工�；谏鲜龇治�,本課題擬建立超精密機(jī)床加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償模型,其主要研究工作如下:(1)提出借助于加工誤差項(xiàng)建立加工與應(yīng)用的直接關(guān)系,并建立加工誤差與光學(xué)性能映射模型�；诙囿w系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣建立不同加工方法下的加工誤差模型,研究加工誤差對(duì)面形誤差的影響規(guī)律;基于光線追跡理論建立光學(xué)性能模型,研究面形誤差光學(xué)性能的影響規(guī)律;結(jié)合上述兩個(gè)模型,建立加工誤差項(xiàng)與光學(xué)性能的直接關(guān)系,為實(shí)現(xiàn)主要加工誤差的辨識(shí)與補(bǔ)償和光學(xué)性能可控制造提供有效途徑及理論基礎(chǔ)。(2)提出基于加工誤差影響規(guī)律的加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法�；诩庸ふ`差模型,研究加工誤差的影響本質(zhì)和規(guī)律;結(jié)合坐標(biāo)變換規(guī)律對(duì)不同加工方式下的加工誤差項(xiàng)進(jìn)行分析、簡(jiǎn)化和分類;研究加工誤差項(xiàng)對(duì)不同類型元件的面形誤差影響規(guī)律及權(quán)重,確定不同類型元件的主要加工誤差,并根據(jù)影響規(guī)律性提出主要加工誤差的辨識(shí)與補(bǔ)償方法。(3)提出基于光學(xué)性能評(píng)價(jià)的超精密加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法,直接實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的補(bǔ)償和控制。基于映射模型,研究加工誤差與光學(xué)性能之間的影響關(guān)系;根據(jù)光學(xué)元件的使用要求對(duì)元件進(jìn)行分類,提出基于激光干涉法和視覺(jué)分析法對(duì)光學(xué)元件的光學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià);根據(jù)測(cè)量結(jié)果和超精密加工誤差與光學(xué)性能的映射模型的優(yōu)化,辨識(shí)各個(gè)主要加工誤差項(xiàng)的大小,從而進(jìn)行誤差補(bǔ)償,最終實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的控制和提高。(4)以透射元件、反射元件及整機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象,開(kāi)展加工誤差項(xiàng)對(duì)面形精度和光學(xué)性能的影響規(guī)律、性能指標(biāo)測(cè)量及誤差辨識(shí)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。針對(duì)典型透射元件微透鏡陣列加工需求,提出采用定向離心加工方法提高單元面形精度和光學(xué)性能及一致性;針對(duì)典型反射元件離軸拋物面加工需求,基于波前像差測(cè)量評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的直接控制;針對(duì)光學(xué)自由曲面離軸三反系統(tǒng)加工需求,提出一種免裝配一體化加工方法,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要加工誤差的辨識(shí)和控制。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

圖 1-20 光學(xué)元件 PSF 和 MTF 隨面形誤差的變化[100]制造精度與器件使用性能關(guān)聯(lián)脫節(jié)的問(wèn)題，一些研究人員認(rèn)識(shí)加工表面誤差（低頻面形誤差，中頻誤差，高頻誤差）對(duì)光學(xué)開(kāi)研究。有關(guān)面形誤差對(duì)光學(xué)性能的影響，吉林大學(xué) Liu 等差對(duì)波前像差、MTF 和 PSF 的影響，證明面形誤差越大，成面形誤差的增加，PSF 邊緣能量變強(qiáng)，即成像質(zhì)量越差，如圖工程物理研究院 Wan 等人[101]對(duì)正弦形面形誤差開(kāi)展了研究，的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相位誤差的低頻部分組成了遠(yuǎn)場(chǎng)能量分布的分構(gòu)成邊緣部分，對(duì)光束質(zhì)量影響，中心缺陷要比邊緣缺陷的影大學(xué) Wu 等人[102]通過(guò)研究面形誤差對(duì)環(huán)圍能量比的影響發(fā)現(xiàn)根梯度增加時(shí)，環(huán)圍能量比呈指數(shù)衰減，也指出遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布別由面形誤差的低頻部分和高頻部分造成。入射角為 5 度時(shí)散射情況

離軸三反鏡主鏡與三鏡一體超精密車削系統(tǒng)圖

第 4 章 光學(xué)元件性能指標(biāo)測(cè)量與評(píng)價(jià)測(cè)量裝置的分辨率為 0.03%~0.2%，測(cè)量精度為 0.1%~0.3%，測(cè)量波長(zhǎng)為546nm。其測(cè)量結(jié)果如圖 4-9 藍(lán)線所示。微透鏡陣列單元曲率半徑的理論設(shè)計(jì)值為 2.908mm，從圖 4-9 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以得到，集成式測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量值為2.9339mm±0.0114mm ， 比 理 論 值 大 0.89% ， 測(cè) 焦 儀 的 測(cè) 量 值 為2.9405mm±0.0096mm，比理論值大 1.1%。同時(shí)，可以看出兩種測(cè)量方法得到的各單元子眼的曲率半徑值相近且變化趨勢(shì)相同，證明了該方法的正確性。

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本文編號(hào)：2809509