非球面镜的检测与磨削
非球面镜片的装配原则 和 棱镜处理
非球面镜片的特殊曲率安排让镜片获得了优异的光学性能。
但是这种优异性能的发挥必须以正确装配、调校为前提。
如果装配错误，非球面镜片的光学性能甚至会比球面镜片更糟糕。
非球面镜片装配的最主要原则是，镜片的对称轴一定要通过眼球的转动中心。
非球面设计有一个特殊的参考轴——对称轴，这是与球面镜片不一样的。
如果顾客眼睛看远时的视线方向远离了这个参考轴，就不能够获得应有的良好周边视力，见图八。
所以非球面镜片的加工必须测量左右单眼瞳距和瞳高（或主参考点高度）；而且，测量瞳高必须考虑镜架倾角的补偿量。
一般来说，镜架倾斜角度每2度，瞳高减去1mm，即主参考点下移1mm，但是最多不要下移超过5mm。
一个比较简单的主参考点位置的确定方法是：首先让配镜者的头部稍稍向后倾斜，直到镜框面与地面垂直，让顾客眼睛平视前方，确定此时的瞳高。
瞳高对应点即主参考点的位置（如果镜框倾角过大，重新测量头部没有向后倾斜时的瞳高，测量的差异不应大于5mm）。
这种方法与前述按倾角计算补偿量的方法一致。
见图九。
实践中，大家很少注意镜片平面夹角（Face form angle），大家只是习惯地根据顾客的脸形进行角度调整。
这个角度大约会在0～10度之间变动。
但是对于近用眼镜，每只镜片有2.5mm左右的内移量，所以，我们建议适当反向调整这个夹角，这样，镜片的对称轴才能通过眼的转动中心。
从非球面的适配要求可以得知，我们不可以通过移心加工来获得棱镜。
因为移心加工必然导致对称轴偏离眼的转动中心，导致周边视力的降低。
但是，处方棱镜仍然可以通过车房加工附加在镜片上。
但是，镜片附加了较大数量的棱镜后，必须考虑到棱镜效应对眼球转动的影响。
人眼在注视目标时，假如眼前附加了棱镜，眼球会向棱镜顶角方向转动。
因此，为了保证镜片对称轴仍然能通过眼转动中心，需要将镜片向棱镜顶角方向移心。
移心量大约为每个棱镜移心0.25～0.3mm。
一般来说，当棱镜量比较大时，这样移心处理的价值比较大。
大口径方形非球面镜的高效磨削技术研究
０ 引 言
随着 采用非球 面镜 的光学 系统 大规 模 使用 ， 球 非
文望远镜 Ｅ Ｒ ５ Ｕ Ｏ ０的米级 非球 面应 用 ， 出 了 Ｘ Ｚ Ｃ 提 ／ ／ 三轴联 动加 工非 球 面 的技 术 路 线 ， 研 发 了 “ ｏ （” 并 Ｂ Ｘｇ ： 磨 削机 床 ， 可实现 １ ０ｈ内加工 １ｍ直 径非球 面精度 达
ａ ｐ ｅ ｃ ｌｌｎ ｔ ｉ ｅ Ｖ ４ ２ ｔｍ ａ ｄ ＲＭＳ ０ １ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｓ ｈ ｆ ａ ｓ ａｔ ｎ ｄ Ｐ ． ｘ ｎ ｉ ｅ ａ ． ｘ ｅ ｐ ｃｉ ｌ． ｍ ｖ
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ ａ ｐ ｅ ｉ ｅ ｓ ｉｈ ｅｆ ｉｎ ｙ ｇｉ ｄ ｎ ｅ ｒ ｒｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ； ｎ ｌ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｙ ｒ ｓ ｈ ｒｃ ｌ ｎ ；ｈ ｇ ｆｉ ｅ ｃ ｒｎ ｉ ｇ； ｒｏ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｏ —ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ
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中图分 类号
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｈ ｅ ｃ ｅ ｃ ｒ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｓ ａ ｃ ｆｈ ｇ ｆ ｉ ｎ ｙ ｇ ｉ ｄ ｎ ｅ ｈ ｌ ｇ ｉ
非球面镜片的精密加工光学镜片的加工及检测
2.6 定心磨边
定中心是完工的玻璃或晶体零件在磨边 时所需要的一道工序，其目的是使每一个球面 的曲率中心同轴 。
2.6 定心磨边
定心方法
一种大物镜定中心的特殊装置，并可同时检查中心偏差
松香蜂蜡胶上盘法
优点是操作简便，缺点是平行度精度不高，也不适用于面形精度 要求较高的薄片。
荷重 工件 粘结模
工件 粘结模
方法一
方法二
2.3 上 盘
点胶上盘法
优点是可获得较好的面形和平行度。缺点是承受不了高速高压 的加工条件，易“走动” 。
工件 软胶点 粘结模
工件 火漆点 粘结模软点胶粘结 Nhomakorabea硬点胶（火漆）粘结
2.1 开料成形——磨外圆
磨外圆
2.2 粗 磨
粗磨平面 粗磨棱镜和斜面 粗磨球磨
2.2粗磨——平面
散粒磨料多片加工
散粒磨料单片加工
2.2粗磨——平面
双面加工
2.2粗磨——平面
LOH公司SPM平面铣磨机
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨棱镜和斜面的准直夹具
制造精密的反射角及 小平面棱镜需要这种夹具
1、细磨时间不够 2、砂号选择不当 3、上道砂磨后的面形不合适
1、磨料添加不均匀 2、磨料堆集在镜盘边缘
1、对磨料应复检或试用 2、磨料悬浮液应浓淡适当 3、新加工的模具应用细磨料对研 4、做好工作环境的清洁工作
1、磨去量要足够 2、两道磨料磨号间隔不要太多 3、每道磨料都应从镜盘边缘磨起
1、添磨料时应用毛刷均匀散开 2、模具表面开槽
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究近年来，随着科技的不断进步和人们对光学器件精度要求的不断提高，大型光学非球面超精密磨削技术逐渐成为光学领域的研究热点。
本文将从材料选择、加工工艺、设备要求等方面，探讨大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究。
一、材料选择大型光学非球面超精密磨削的材料选择是关键。
材料的硬度、抗磨性、热膨胀系数等性能直接影响到磨削的效果和加工的精度。
常见的材料有玻璃、石英、陶瓷等。
在选择材料时，需要充分考虑材料的性能特点，以及光学器件的具体用途和要求。
二、加工工艺大型光学非球面超精密磨削的加工工艺也是研究的重点之一。
传统的磨削方法往往存在加工效率低、加工精度难以保证等问题。
因此，研究人员提出了一系列新的加工工艺，如离子束磨削、激光磨削等。
这些新的加工工艺在提高加工效率的同时，也能够保证加工精度的要求。
三、设备要求大型光学非球面超精密磨削对设备的要求非常高。
首先，需要具备高精度的磨削设备，以保证加工的精度和表面质量。
其次，还需要具备稳定的控制系统，以实现对加工过程的精确控制。
此外，为了提高加工效率，还需要具备快速换刀系统和自动化控制系统等。
四、精密度的控制大型光学非球面超精密磨削的关键技术之一是精密度的控制。
在整个加工过程中，需要通过精确的控制系统对加工参数进行调整，以实现对加工精度的控制。
同时，还需要进行精确的测量和检测，以及对加工过程中的误差进行补偿，以确保加工的精度和表面质量。
五、表面质量的评估大型光学非球面超精密磨削的表面质量评估也是研究的重点之一。
表面质量的评估可以通过光学测量仪器进行，如干涉仪、扫描电子显微镜等。
通过对加工后的光学器件进行表面质量评估，可以及时发现加工过程中存在的问题，并进行调整和改进。
大型光学非球面超精密磨削关键技术的研究涉及材料选择、加工工艺、设备要求、精密度的控制以及表面质量的评估等方面。
通过对这些关键技术的研究，可以提高大型光学非球面超精密磨削的加工精度和效率，满足人们对光学器件精度要求的不断提高。
非球面加工与检测
非球面加工与检测技术郭培基苏州大学现代光学技术研究所12主要内容非球面概述非球面加工非球面检测大口径非球面反射镜在空间和天文上的应用苏州大学的工作一、非球面概述广义非球面：不能用球面定义描述的面形（即不能用一个半径确定的面形），其中有旋转对称的非球面和非旋转对称的非球面；有关于轴对称的面形；有排列有规律的微结构阵列；有包含衍射结构的光学表面；还包含形状各异的自由曲面。
3一、非球面概述狭义的非球面主要指是旋转对称的非球面，能够用含有非球面系数的高次多项式来表示，其中心到边缘的曲率半径连续发生变化。
离轴非球面是旋转对称非球面的一部分，但其所在部分的中心轴与旋转对称轴有偏离。
46一、非球面概述当高次项系数都为零时，上式只有第一项，为常用二次曲面k >0k =10k −<<1k =−1k <−扁圆(也称扁椭圆)圆椭球面抛物面双曲面7一、非球面概述光学系统应用非球面可易于校正除场曲外的各种单色像差。
如：在光阑附近使用可校正各带的高级球差，在像面前或离光阑较远的位置使用可校正像散和畸变。
球面透镜非球面透镜一、非球面概述系统中采用非球面，可简化系统结构、提高系统性能(如相对孔径、视场角、光照均匀性、成像质量等)。
17世纪，非球面就应用于反射望远系统中来校正球差，之后，在一些像质要求不高的系统，如照明器中的反射、聚光、放大等系统中也开始用非球面。
8一、非球面概述随光学加工工艺和检测技术的提高，非球面光学元件已在国防、空间科学、核能以及一些工业、民用领域获得了广泛应用。
高精度：军用航空航天系统、空间遥感测绘、光学数据存储、光刻、激光核聚变的光学系统等中精度：红外探测、照相设备及视频成像系统（尤其变焦距镜头）、投影电视、医用内窥镜、光纤系统、扫描仪、打印机等。
9制造困难：1、加工工艺2、检测原因:非球面一般只有一根对称轴，而球面有无数对称轴，球面加工时的对研方法很难用；非球面表面各点曲率半径不同，而球面各点相同，所以面形不易修正，干涉检测困难。
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面的设计、加工与检验光学非球面的设计、加工与检验是现代光学技术领域的重要内容。
非球面镜头是一种光学元件，其曲率半径不是球形，可以用于改变光路、调整成像质量和改善成像形态等方面。
在非球面镜头的设计过程中，需要充分考虑光线的折射和反射，
以及材料的折射率和色散等因素。
设计师需要采用先进的光学软件进
行模拟优化，不断调整镜片形状和参数，以达到最优光学效果。
加工非球面镜头是一个复杂而精密的过程。
需要采用高精度加工
设备和技术，以确保镜片的形状和表面质量。
在加工过程中需要考虑
到材料的特性，如可加工性、耐磨性和耐腐蚀性等，并进行合理的质
量控制。
镜片检验是保证光学精度的关键步骤。
可以采用光学检测设备进
行检验，如干涉仪、激光测量仪等。
通过检验，可以了解镜片表面的
误差和偏差，从而进行调整和改进，提高光学成像质量和精度。
总之，非球面镜头的设计、加工和检验是一个紧密相连的过程，
需要充分考虑光学原理和技术要求，并采用先进的设备和技术手段，
以确保光学元件的高质量和高性能。
非球面镜片加工流程
非球面镜片加工流程
随着现代科技的不断发展，非球面镜片被广泛应用于各个领域。
非球面镜片可以用来纠正眼睛的屈光不正，改善视觉质量，同时也可以用于光学仪器、机器视觉和激光器等领域。
本文将介绍非球面镜片加工的流程。
1.设计
需要进行设计。
设计师通过计算机辅助设计软件（CAD）来设计非球面镜片的形状。
设计的形状必须满足特定的光学要求，例如折射率、曲率和直径等。
设计师需要了解材料的光学性质，以便在设计时考虑到这些因素。
2.加工
一旦设计完成，就可以开始进行加工。
加工通常使用计算机数控机床（CNC）进行。
CNC机床是一种自动化机器，可以进行高精度的切削和雕刻。
在加工非球面镜片时，CNC机床会使用一组钻头和磨头来切削和雕刻玻璃或塑料材料，以按照设计形状制作非球面镜片。
3.抛光
在加工完成后，非球面镜片需要进行抛光。
抛光可以提高镜片的表面光洁度，并减少表面的不规则性。
抛光通常使用研磨液和抛光机
进行。
研磨液可以去除微小的表面缺陷和瑕疵，而抛光机可以使表面变得更加光滑。
4.检验
非球面镜片需要进行检验。
检验通常使用光学检验仪器进行。
光学检验仪器可以测量非球面镜片的光学性能，例如曲率、直径和表面质量。
如果非球面镜片不符合规格，则需要进行调整或重新制作。
总结
通过上述流程，非球面镜片的加工可以得到高精度的非球面镜片，以满足各种光学应用的要求。
设计、加工、抛光和检验是非球面镜片加工流程中不可或缺的步骤。
非球面镜片的鉴别方法
非球面镜片的鉴别方法非球面镜片是一种在制造过程中通过对普通球面镜片进行加工，使其在特定方向上的曲率半径不等于在垂直方向上的曲率半径的镜片。
在实际应用中，非球面镜片广泛应用于光学仪器、眼镜、摄影镜头等领域。
鉴别非球面镜片的方法如下：1.观察光线反射：使用一束平行光线照射在非球面镜片上，观察光线的反射情况。
如果光线在镜片的表面上反射时发生了折射，即光线在不同方向上的角度不相等，则可以判断镜片为非球面镜片。
2.检查曲率半径：使用曲率半径检测仪或者显微镜等设备，对非球面镜片的曲率半径进行测量。
根据非球面镜片的制造过程，非球面镜片在特定方向上的曲率半径会与垂直方向上的曲率半径不同。
3.检查反射像差：反射像差是指光线经过非球面镜片反射后所产生的像差。
通过观察反射像差的大小和分布情况，可以初步判断镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片在设计和加工过程中可以通过调整曲面形状来减小或消除反射像差。
4.检查折射像差：折射像差是指光线经过非球面镜片折射后所产生的像差。
通过观察折射像差的大小和分布情况，可以进一步确认镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片通过改变曲率半径来控制折射像差的大小和方向，从而提高光线的聚焦能力和像质。
5.查看制造工艺：通过查看非球面镜片的制造工艺资料，了解镜片的设计和加工过程，可以确认镜片是否为非球面镜片。
非球面镜片的制造过程通常包括球面镜片的加工、抛光和涂膜等步骤，其中会涉及到特定的加工设备和工艺技术。
综上所述，通过观察光线反射、检查曲率半径、检查反射像差和折射像差，以及查看制造工艺，可以对非球面镜片进行鉴别。
准确的鉴别非球面镜片对于确保光学仪器和眼镜等设备的性能和质量至关重要。
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面的设计、加工与检验
光学非球面（aspherical）的设计、加工与检验是光学领域中非
常重要的主题。
与球面镜不同，非球面镜的曲率半径是不同的，从而
可以实现更复杂的光路设计，使得像差和畸变得到校正。
首先，非球面镜的设计通常采用光学设计软件，如Zemax、Code
V等。
设计师需要根据系统的要求，选择合适的非球形曲率，并进行优化，以达到更好的成像质量。
此外，许多非球面元件是自由曲面，其
形状没有数学解析式，因此需要进行参数化建模，并通过优化算法，
对设计进行特定的目标函数的优化。
然后，非球面镜的加工也有其特殊性。
传统的机械加工难以精确
地制造复杂曲率的非球面，因为这需要超高精度的加工设备和领域专
家的卓越技能。
目前，许多先进的加工技术已经得到应用，例如电解
抛光、激光抛光等。
这些高效、高精度的加工技术，使得制造非球面
镜变得更加容易和可行。
最后，非球面镜的检验也是必不可少的。
由于非球面曲率形状是
非常复杂的，无法被通用的球差检验方法所测量。
因此，许多特殊的
检验方法已经被提出。
例如干涉法、投影法、衍射法等。
这些方法可
以精确地测量非球面镜的曲率和形状，确保其具备高精度的成像功能。
综上所述，非球面光学元件的设计、加工以及检验是光学领域的
重要组成部分，对于现代光学系统的优化和实用化起到了关键性的作用。
第8章 光学非球面零件的超精密加工
③ ELID镜面磨削实验方法和实验结果
作非球面加工时，通过安装在工件轴上的碗形砂 轮(325#铸铁结合剂金刚石砂轮为φ30×W2mm)进 行平砂轮的R成形修整，约10min的电解初期修锐 之后，经过400#的粗磨和1000#的半精加工，最后 再用4000#进行 ELID镜面磨削，在超精密非球面 加工机床上，借助 ELID磨削技术，成功地加工出 了光学玻璃 BK―7非球面透镜。面型精度达到优 于 o．2μm，表面粗糙度达Ra20nm，而对于稍软 如 LASFN30和Ge等材料的非球面加工，同样能达 到面形精度优于 O．2～O．3μm，表面粗糙度达 Ra30nm的良好镜面。
非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广 泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电 影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音 光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗 仪器等中。
8.1.2 光学非球面零件的制作工艺
按特点分：
模具成形法：是在非球面模具上用可塑化材料注 射或模压，形成有非球面的光学部件；适应大批量 生产，但很难保证非球面形状的高精度。 切除加工：是利用切削、磨削和抛光将工件直接 加工成非球面。
8.3 光学非球面零件的检测技术
8.3.1 光学非球面零件的形状精度
8.3.2 非球面的非接触测试仪 ① 非接触光干涉三维形状测试仪
采用白色光源在半反射镜上分叉到测 试表面和参照镜，再反射回来结合于 半反射镜，当光路差相等时发生干涉。 白色光的干涉性较小，能够在很小的 范围内产生干涉条纹，因此，通过采 集的光的干涉强度驱动干涉计的垂直 光轴方向，使之能够调节到干涉条纹 的零位臵。利用此原理，垂直移动参 照镜观察测试面上的CCD各点的干涉条 纹，确定其等光路位臵，然后在水平 方向的测试面上进行一定速度的扫描， 最终检测出非球面的高度数据。
非球面光学零件超精密加工技术1
非球面光学零件超精密加工技术非球面光学零件超精密加工技术导读: 非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。
非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量。
镜等。
非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量。
关键字非球面 光学零件 超精密加工1、概述、概述1.1 非球面光学零件的作用零件的作用非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、常用的有抛物面镜、常用的有抛物面镜、双曲面镜、双曲面镜、双曲面镜、椭球面镜椭球面镜等。
非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，很好的矫正多种像差，改善成像质量，改善成像质量，改善成像质量，提高系统鉴别能力，提高系统鉴别能力，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
非球面光学零件在军用和民用非球面光学零件在军用和民用光电光电产品上的应用也很广泛，如在摄影如在摄影镜头镜头和取景器、电视摄像管、视摄像管、变焦变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、头、条形码读出头、光纤通信光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。
接头、医疗仪器等中。
1.2 国外非球面零件的超精密加工技术的现状国外非球面零件的超精密加工技术的现状80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。
碳化硅凸非球面反射镜的加工与检测
碳化硅凸非球面反射镜的加工与检测李俊峰【摘要】In order to satisfy all-frequency error quality controlling and high-precision test during the process of the convex asphere , double laps with polar coordinate polishing technique and the measuring poles method used for the alignment of Hindle test are proposed .Firstly, the double laps with polar coordinate polishing technique for manufacturing the aspheric mirror and the numerical control machine for processing aspheric sur -face are presented .Then, the measuring poles method used to control the distances between vertex of the standard sphere and the vertex and focus of the tested asphere is introduced , and the controlling precision is analyzed.Finally, for a convex asphere with the aperture of Φ158 mm, the test results and precision of the Hindle test are described .The results indicate that the double laps polishing technique can make the low-fre-quency surface error convergence quickly , and the mid-frequency surface error is restrained at the same time . The controlling precision of the low-frequency surface error is about λ/30(λ=633 nm).The limit error using the measuring poles to control the distance is ±0.065 mm, and the tolerances of the two space parameters are ±0.22 mm and ±0.30 mm, respectively .The fast manufacture and all-frequency controlling of the convex asphere are realized by the double laps with polar coordinate polishing technique , and the test result of low-frequency surface error is 0.022λ( RMS,@633 nm) in the Hindle test, which satisfiesthe specification re-quirements of the optical design .%为了满足凸非球面反射镜加工中的全频段质量控制及光学参数的高精度检验，提出了应用双摆轴极坐标快速非球面加工技术及测杆法控制Hindle法检测光学参数。
非球面光学元件加工及检测技术综述
去 除材 料 加 工法 是 一 种 在原 始 毛 坯 （ 接 近 非球 面
２ ． ２ 热复 制成 型技 术
光学玻璃在室温下脆而硬 ， 去除材料加工法生产
效 率和工 艺稳 定性 无 法满 足迅 速发展 的行 业需 求 。高 温 下玻 璃 是 一种 典 型 的黏 弹 性材 料 ， 具 有 良好 的型 面 复 制性 ， 鉴 于此研 究者 开发 了非 球面 热复 制成 型技术 ，
Ｕ Ｌ Ｐ一 １ ０ ０ Ａ（ Ｈ ） ， 英 国克 兰菲 尔 德 精 密工 程 研 究所 （ Ｃ Ｕ Ｐ Ｅ） 研制的 Ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ， 其可 以加工大型Ｘ 线天体 望远镜用的非球 面反射镜 （ 最大直径可达 １ ４ ０ ０ ｍ ｍ， 最大 长度为 ６ ０ ０ ｍ ｍ的圆锥镜） 、 中国航空工业第一集
的球 面 ） 上利用磨 、 抛等手段去除一定量材料后得到 目标非球 面的方法 。早期加工方法主要通过操作者 手工 完成 ， 需 要加工者 具有较 高 的技术 及丰 富的经 验， 加工效率低 ， 且容易 出错 ， 其主要工序包括铣磨成
形、 研磨 、 Βιβλιοθήκη 光等 ， 通 常称 为经 典研 抛法 。
第２ 期
张小兵 ： 非球面光学元件加工及检测技术综述
于曲率半径是 变化的 ， 只有一根对称轴 线 ， 无法应用 球面零 件的磨轮包 络线 的范成法加工 ， 而且面形不易 修正 、 检测 困难 ， 特别是高次非球面与 自由曲面加工
对称非球面镜的对比法独立在位测量和补偿磨削
对称非球面镜的对比法独立在位测量和补偿磨削李彬;席建普;任东旭;赵则祥;赵惠英【摘要】为提高大口径非球面镜磨削阶段的在位测量和补偿磨削精度,提出了具有独立在位测量框架的补偿磨削系统,对该系统的测量原理、测量框架和补偿方法进行了研究.首先介绍基于直线运动轴和长度计组成的测量框架以及对比法在位测量原理.以此测量原理为基础,介绍了具有独立在位测量框架的磨削系统,并提出了基于砂轮磨削路径的测量基准路径生成方法;采用180 mm口径K9镜片进行了在位测量,并与Taylor Hobson PGI1250进行了交叉对比测量试验,验证了所构建在位测量框架的可靠性.采用样条拟合和共轭法来生成补偿路径.通过300mm口径熔石英材料对称非球面镜的磨削试验,进行了在位测量和补偿磨削的验证.通过补偿磨削,将面形精度由35μm提高至4μm;与Taylor Hobson PG11250的测量结果进行了交叉对比,试验结果表明所提出的独立在位测量框架测量结果可靠,补偿磨削效果稳定可靠.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】6页(P129-134)【关键词】独立测量框架;在位测量;补偿磨削;非球面镜【作者】李彬;席建普;任东旭;赵则祥;赵惠英【作者单位】中原工学院机电学院,河南郑州451191;中原工学院机电学院,河南郑州451191;中原工学院机电学院,河南郑州451191;中原工学院机电学院,河南郑州451191;西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TP394.1;TH691.9硬脆材料非球面光学元件具有减小相差和简化光路系统的特点，目前其需求量在不断的扩大。
非球面光学元件通常采用微晶、融石英、K9和碳化硅等硬脆材料。
金刚石数控磨削技术可以满足其小批量和个性化需求，并具有更高的加工效率；精磨阶段的砂轮磨损和形状误差、设备系统误差和温度变化会影响工件的轮廓精度，采用补偿磨削方法可以进一步提高工件的加工精度[1]。
非球面光学元件加工检测方法的研究
工件 轴转 速 ：３ ０ｒ ｎ ０ ｍｉ ／
精 密制 造与 自动 化
２ １ 年 第 ２期 ０２
当标 尺光 栅 的移动 方 向变 换 时 ，莫 尔条 纹 的移动方
向也跟着 变换 。
值 与命令值 相等差值为零或接近于零时停止移动 。
光学 元件 的加 工系统 主要 由电气 控 制系统 、伺
图 １ 机床 总体结构 图
１２ 系统加工原理 ．
在 高精度 非球 面磨 削加 工 中，可 以使用平 面砂
轮 、 圆弧砂轮 、球 面砂轮 进行 加工 。 目前平 面砂轮 只能加 工 凸面 非球 面 ，如果用 其加 工 凹面非 球面会 产 生干 涉 ；而 圆弧 砂轮 可 以加工 的凹面 部分 ，基础 半径应 该 比该 圆弧 砂轮 的圆 弧部分 半径 （ 面砂轮 球 可 以加 工 的凹面基 础半 径必 须 比该砂轮 半径 大 ）但 。 由于 圆弧砂 轮和球 面砂 轮 的修整相 对 于平面 砂轮 的
小 ，故要求 在精 磨阶 段对表 面 的顶 点 曲率 半径和 偏
心 率进 行严 格地控 制 。要保 证精 磨阶段 的精 度就 必 须 对 一次加 工后 工件 的面 形进行 精密地 测量 ，测 量 结果 经过数 据 处理后 用来 指导 补偿加 工 ，需要 反复
Ｃ轴 ｙ 轴
经 过 “ 工 一检 测 一再加 工 一再检测 ”才 能达 到精 加
轴 电 机
１ Ｔ６ ６ —ＡＦ １４ Ｆ ０ ４ １ Ｔ －ＡＧＩ
Ｙ 轴 电 机
１ Ｔ６ ６ ．Ａ Ｆ １４ Ｇ Ｆ ０ ４ Ｉ ７ —Ａ
图６ Ｘ轴、ｌ轴 伺服 系统连接 图 ，
图 ５ （）所 示的尖 脉冲 ，再 送入控 制 装置 。若 只将 ｃ
高精度非球面透镜的加工与检测
高精度非球面透镜的加工与检测摘要：针对非球面透镜高精度的加工需求，提出了一种组合式抛光技术。
在采用不用研抛参数的条件下将自动化研抛系统与离子研抛机相结合，从而提高了系统对非球面透镜的加工能力。
通过仿真分析与实验测试，验证了提高表面精度的设计理念。
关键词：透镜加工；非球面；离子抛光机；仿真计算1 引言大口径不是球面的元件由于具有不需要中心遮蔽，可以改善成像质量，让系统结构更简单等优点，现已是空间相机和超大功率的激光器等光学装置的重要器件之一[1]。
随着科学技术的进步，目前的大尺寸光学系统在器件表面质量、加工效率方面都有了很大的提高，远超出古典光学在系统设计中的要求从频域上看，光学器件的制作误差可分为低频段的误差、中频段的误差还有高频段的误差三种。
中频段的误差可分为两个频段：SD1、PSD2。
分段的频率是0.4 mm-1。
高频相位的误差在8.3到100 mm-1之间[2]。
大口径不是球面零件的常规加工工艺是采用铣磨出形状、散粒研磨和抛光等工艺，使其达到与球面形态最接近，然后采用人工修整抛光或者数控机床把球面再变成非球面。
这种把零件抛光成球面，然后再从球面到非球面的加工方法存在着很大的缺陷。
2 设计思路为解决以上问题，改善非球面的加工效率和精确度，各种先进的工艺技术（抛光技术例如磁流变、离子束、气囊、等离子体技术等）被开发出来并且迅速发展。
同时，以先进的制造技术为基础，开发了多种工艺的加工方法。
位于英国的Zeeko公司的Walker等人提出了一种利用超精密研磨加气囊抛光的技术来加工欧洲大型望远镜制造所需要的大型非球面零件。
所制得的米级口径的六边形不是球面光学器件的面形误差PV可达62纳米， RMS可达11纳米。
位于美国的QED公司的 Dumas等人[3]提出了一种新的抛光工艺，即将 MRF技术与常规的沥青抛光技术相结合，应用于非球面研磨出形以后再抛光的加工。
为了满足高精确度批量生产离轴型的非球面零件需求，本文研究了一种混合的抛光工艺，以达到高效率生产非球面零件的目的。
高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测
第18卷 第12期2010年12月光学精密工程O pt ics and Precision Eng ineer ingV ol.18 N o.12 Dec.2010收稿日期:2010 09 25;修订日期:2010 10 27.基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(N o.61036015)文章编号 1004 924X(2010)12 2557 07高精度离轴凸非球面反射镜的加工及检测张 峰(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室,吉林长春130033)摘要:为了提高离轴凸非球面反射镜的面形精度和光轴精度,研究了离轴凸非球面反射镜的加工与检测技术。
首先,描述了离轴三反消像散(T M A)光学系统以及作为该光学系统次镜的离轴凸非球面反射镜的光学参数和技术指标。
然后,介绍了非球面计算机控制光学表面成型(CCOS)技术及FSG J 非球面数控加工设备。
最后,给出了非球面研磨阶段检测用的轮廓测量法和离轴凸非球面抛光阶段检测用的背部透射零位补偿检测法,并对背部透射零位补偿检测中离轴凸非球面反射镜光轴精度的控制技术进行了研究。
检测结果表明:采用背部透射零位补偿检测法检测得到的离轴凸非球面反射镜的面形精度为0.017 (均方根值, =0.6328 m);用L eica 经纬仪测量反射镜的光轴精度其结果达到9.4 ,满足光学设计技术指标要求。
关 键 词:凸离轴非球面;计算机控制光学表面成型;轮廓测量;背部透射零位补偿检测;光轴精度中图分类号:T H 703;T Q 171.68 文献标识码:A doi:10.3788/OP E.20101812.2557Fabrication and testing of precise off axis convex aspheric mirrorZH ANG Feng(K ey L aboratory of Op tical Sy stem Ad vanced Manuf actur ing T echnology ,Changchun I nstitute of Op tics,Fine Mechanics and P hy sics ,Chinese A cad emy of Sciences ,Changchun 130033,China)Abstract:T o im pro ve the fine surface figure accuracy and optical ax is accuracy of an o ff ax is co nv ex aspheric mirro r,the fabricatio n and testing techno logies o f the off axis convex aspheric m irror w ere studied.Fir stly,a T hr ee Mirr or Anastig mat (TM A)o ptical sy stem and the specification requirements of the second off axis convex aspheric m irror in the TM A optical system w ere presented.Then,the technique of Computer controlled Optical Surfacing(CCOS)for manufacturing the aspheric m irror and the FSGJ num er ical control machine for processing aspheric surface w ere introduced.Finally,the con to ur testing in a lapping stage and the back transmission null testing in a polishing stage for the co nv ex aspheric mirro r w er e descr ibed,and the co ntro lling technolo gy for the optical axis accuracy of off ax is convex aspher ic mirror w as studied.The testing results indicate that the surface fig ure accur acy and the o ptical ax is accuracy of the off axis convex aspher ic mirro r are 0.017 RM S and 9.4 ,respectively.All the specifications of the off axis convex aspheric mirro r can meet the requirements of the optical design.Key words:off axis convex aspheric surface;Computer controlled Optical Surfacing(CCOS);contourtesting ;back transm ission null testing;optical axis accur acy1 引 言采用非球面光学元件可以使光学系统的结构简化、尺寸小、重量轻,并能有效地改善成像质量。
振动抛光机与滚桶抛光机和非球面镜的检测和磨削的常识
振动抛光机与滚桶抛光机和非球面镜的检测和磨削的常识振动抛光机振动抛光机具有高频率的振动，使工作物与研磨石或钢珠、研磨剂等密切均匀混合，呈螺旋涡流状滚动，以研磨切削或抛光工作物表面，尤其是那些易受变形或外形复杂，孔内死角之工作物使用本机研磨均能得到均匀之质量，而且在加工运转中可随时抽验，节省时间，提高质量;选料区设有转换开闸门、过滤网等可把磨物与被研磨物分离，易于选料，操作简单。
振动抛光机的特点：1、振动抛光机采用世界上先进的螺旋翻滚流动、三元次振动的原理，使零件与滚抛磨具互相研磨达到抛光的效果.2、振动抛光机适用大批量中、小、尺寸零件的研磨抛光加工，提高工效6~10倍,节省成本大约1/3.3、振动抛光机在振动研磨抛光加工过程不破坏零件的原有尺寸、形状。
4、振动抛光机能实现自动化、无人化作业，操作方便，在工作过程中，可随时抽查零件的加工情况。
5、A型号的振动抛光机可以自动将磨料与工件分开，实现自动选料，节省人工开销。
滚桶抛光机产品说明：采用水平式回转桶，桶内分有无披覆内衬，其功能就不同，内桶覆PU胶，可耐酸碱、耐磨，又可防工件碰撞;桶内无披覆内衬，适合钢珠或钢铁制品，因可加强切削力，促使更大效果;桶身可任意回转，有适当的斜度，所以下料方便。
滚桶研磨抛光机的特点：为研磨抛光机系列中，最简单，方便的机型，最经济的抛光机。
本机适合用于锻造，铸造，翻砂之工作物有强大切削力;研磨工作针对于去黑膜，黑头及细磨，倒角抛光之用.关于非球面透镜的晓得，咱们信任咱们都有半点常识的，首要，咱们都晓得，轴对称球面通常都具有自在变量的长处与功能，所以，我、从这个功能就能够看得出，球面体系不能满意请足的时分，就会出现非球面这个状况。
跟着科技的发展水平的前进，非球面的制作技能与测验技能都得到了很大的改判与前进，并且很早就现已被遍及广泛使用，如今消耗的非球面透镜，由于检测手腕不行准确性，然后镜面就存在很细小的台阶，若是不均匀的话，好容易在装配调试中，出现灯丝条黑影，亮环等，所以，关于非球面透镜的创新状况是较为艰难，由于许多时分，运用者为了处理这个难题，都选用光学体系进行检测，以前进精度，首要进程就两个，检测与磨削。
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非球面镜的检测与磨削对于非球面透镜的认识，我们相信大家都有半点知识的，首先，我们都知道，轴对称球面一般都具有自由变量的优点与性能，所以，我、从这个性能就可以看得出，球面系统不能满足请足的时候，就会出现非球面这个情况。
随着科技的发展水平的提高，非球面的制造技术与测试技术都得到了很大的改判与进步，而且很早就已经被普遍广泛应用，如今消费的非球面透镜，因为检测手腕不够准确性，从而镜面就存在很微小的台阶，如果不平均的话，好容易在装配调试中，呈现灯丝条黑影，亮环等，所以，对于非球面透镜的翻新情况是较为艰难，因为很多时候，使用者为了解决这个问题，都采用光学系统进行检测，以提高精度，主要过程就两个，检测与磨削。
首先谈一谈磨削。
对于非球面的磨削工作，一般分为以下几个步骤来完成，细磨，粗度以及抛光。
粗度的检查，需要采用欣榜样做检查，再用肉眼观察一下不密合的缝隙是否均匀。
细磨，这个过程需要配合各种工具来进行，要做到边修边检的思路，同时，还需要在非球面上涂平均的煤油，这样做的目的是为了使光束可以经过细磨面而到达检测效果，至到合格为止。
抛光，做到这一步的时候，可以配合使用具有弹性的物质添上一层出不穷毛毯，通过弹性的作用，使抛光摸紧贴非球面外表，至到全部抛亮为止。
再利用光学检测方法，就可以制造出高精度的非球面，但是效率是相对低的。
其次，再说一说非球透镜的检验工作。
跟据非球面的光学性能来看，在抛物面处的焦点位置上发出的光束是平行的，应用透射光侧里外表的部分误差，用屏停止投影显现出来。
当检验的技术精度高，那么，加工精度随之也会进步，一般情况下，对于非球面透镜检验，最好就是采用光学法，这种方法既简单，检测速度又高，精确度又准。
一种大口径非球面镜检测系统,其特征在于:包括菲索型干涉仪(1)、小孔滤波器(2)、双计算全息图(3)、被测非球面镜(4)、小型五维调整架(5)以及大型五维调整架(6);双计算全息图(3)由主全息和对准全息两部分图形组成,双计算全息图(3)固定在小型五维调整架(5)上,并与菲索型干涉仪(1)、小孔滤波器(2)一起置于大型五维调整架(6)上,被测非球面镜(4)由侧支撑固定,观察对准全息的干涉图形可判断主全息的调整状态,在实现主全息精确对准的前提下,保持双计算全息图和菲索型干涉仪(1)的相对位置不变,通过调整大型五维调整架(6)调整主全息相对被测非球面镜(4)的位置,小孔滤波器(2)可将双计算全息图(3)衍射的杂散光滤除,提高干涉条纹的对比度,从而实现对被测非球面镜(4)的高精度检测。
介绍: 一种大口径球面镜检测系统,其特征在于:包括菲索型干涉仪,小孔滤波器,双计算全息图,被测非球面镜,大、小型五维整架;双计算全息图由主全息和对准全息两部分图形组成,双计算全息图固定在小型五维调整架上,并菲索型干涉仪、小孔滤波器一起置于大型五维调整架上,观察对准全息的干涉图形可判断主全息的调状态,在实现主全息精确对准的前提下,保持双计算全息图和菲索型干涉仪的相对位置不变,通过调整型五维调整架调整主全息相对被测非球面镜的位置,小孔滤波器可将双计算全息图衍射的杂散光滤提高干涉条纹的对比度,从而实现对被测非球面镜的高精度检测,该检测系统为大口径非球面镜的研提供了一种有效的检测手段,具有较大的应用价值。
抛光夹具当然能影响光圈变化，这要从加工零件的精度来看，一般加工产品的厚度越薄，它的光圈变化系数越大，古典和高速两种加工方法一般都可以看到它的变化，只不过变化大小有差异，我们在古典加工的过程中，加工零件表面既要保证表面的光洁度，又要保证光圈的稳定，这就要看它的背面是否完全吻合在背面的表面上，也就是说如果不均匀的吸附在背面表面上，它会直接影响到加工面的光圈，而且加工过程中是一个光圈，加工后再检测中又出现另外一种光圈，这种现象主要是夹具的问题，我所说的原因和加工过程中出现的问题，如果我们调整好后这个问题应该能很好的解决怎样才能加工好高速精磨高速精磨通常是加工大批量的产品，不但提高工作效率，而且还减轻繁琐的工作条件，在精磨加工过程中，有几点只得注意：1 精磨模具的制作，根据加工镜片的曲率半径，来选择基底模具，丸片和金刚石磨盘有很多品种供操作者来选用，对于不同的材料用不同的丸片和金刚石磨盘，包括粒度，丸片直径，浓度和形状等等，对特殊材料可做2个或者3个精磨模具。
精磨模具的制作对于加工者来说是个关键的工作，也是为高速抛光打前站，所以要求精度是比较高的。
除非产品要求低。
丸片排列，修正模具，精修模具是很费功夫的，如果是工作多年的老手做这种工作就会很轻松的。
第一道精磨模具与第二道精磨模具误差不能大于0，005道。
第二道精磨模具与标准半径不能大于0002道。
这样才能保证间接半径的匹配。
如果误差很大，必须修改，直到修改正确为止。
2 模具制作好以后安装在精磨机上，调试精磨机的过程中，要注意机器的摆幅，工作的压力，主轴的转速，冷却液的浓度，时间的控制，初次精磨零件的时候，零件的切削力往往很快被切削下去的，在这里要控制好时间，还有精磨过程中，模具表面面型要控制好，这样才能达到标准曲率半径要求。
在精磨过程中它的稳定性会无限延长，基本不用修改面型。
3 冷却液粘度低为好，这样可改进润滑作用，并促进玻璃浆沉淀。
在化学中，它及不是酸性也不是碱性，PH值为7. 冷却液带走玻璃切削和改善表面光洁度的能力加强了，充足的冷却液能使金刚石模具的切削作用更自由，功率消耗也更低，使冷却液以抵压喷涌在零件的研磨区上。
总的来说精磨还是比较复杂的工作，一项没有做好可能会影响很多问题，在光学加工领域里，到现在人们依然离不开古典抛光，就我个人而言，在加工高精度产品中，包括红外加工，操作工还是优先选择古典抛光，它的优点在于1，表面光洁度能达到极高级别，2，便于调整和修改高精度光圈误差，3，与高速抛光相比，它的光圈很容易接近标准半径，而且稳定性比较强，4，尤其是多片加工，成品率基本能达到百分之百，但是古典也有不好的一面，工作效率很低，加工过程反锁，室内温差要保持稳定，周边环境卫生差，不适应批量加工，所以，在加工产品零件时还要根据它的批量，精度要求和供货期限来选定设备1概述gGBRfq > ? /3 8I (0 ? 1．1非球面光学零件的作用qTwldcncC ? _LfbEv <,T ? 非球面光学零件是一种非常重要的光学零件，常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。
非球面光学零件可以获得球面光学零件无可比拟的良好的成像质量，在光学系统中能够很好的矫正多种像差，改善成像质量，提高系统鉴别能力，它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件，从而简化仪器结构，降低成本并有效的减轻仪器重量。
!v 9`oL26 ? 0c! ^ =( ? 非球面光学零件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛，如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外望远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等中。
K U0A d);e ? .' 3 8^ ? 1．2国外非球面零件的超精密加工技术的现状T ? P 0OMu / ? 80年代以来，出现了许多种新的非球面超精密加工技术，主要有：计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等，这些加工方法，基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的问题。
前四种方法运用了数控技术，均具有加工精度较高，效率高等特点，适于批量生产。
- eX} aa 0 ? < ]+Mdy ? 进行非球面零件加工时，要考虑所加工零件的材料、形状、精度和口径等因素，对于铜、铝等软质材料，可以用单点金刚石切削(SPDT)的方法进行超精加工，对于玻璃或塑料等，当前主要采用先超精密加工其模具，而后再用成形法生产非球面零件，对于其它一些高硬度的脆性材料，目前主要是通过超精密磨削和超精密研磨、抛光等方法进行加工的，另外．还有非球面零件的特种加工技术如离子束抛光等。
kX- }sDvP3 ? h4h p5 M ? 国外许多公司己将超精密车削、磨削、研磨以及抛光加工集成为一体，并且研制出超精密复合加工系统，如Rank Pneumo公司生产的Nanoform300、Nanoform250、CUPE研制的Nanocentre、日本的AHN60―3D、ULP一100A(H)都具有复合加工功能，这样可以便非球面零件的加工更加灵活。
Q!=`|X |: ? `ZM$ Q=: ? 1．3我国非球面零件超精密加工技术的现状 #=ij JYh1+ H ? 为更好的开展对此项超精密加工技术的研究，国防科工委于1995年在中国航空精密机械研究所首先建立了国内第一个从事超精密加工技术研究的重点实验室。
q IQ 61>< ? 9 (z-) ^ G ? 2．非球面零件超精密切削加工技术 D S 7L }] ? fB,eeT1v?h ? 美国Union Carbide公司于1972年研制成功了R―θ方式的非球面创成加工机床。
这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ和半径R，实现非球面的镜面加工。
加工直径达φ380mm，加工工件的形状精度为±O．63μm，表面粗糙度为Ra0.025μm。
W$;q hB ? 1n7' esC* ? 摩尔公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。
}m5 ()@Q}a ? 2*#i/SE_ ? 英国Rank Pneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床(MSG―325)，该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加工工件形状精度达0．25-0．5μm，表面粗糙度Ra在0．01-O．025μm之间。
随后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床，该公司又在上述机床的基础上，于1990年开发出Nanoform600，该机床能加工直径为600mm的非球面反射镜，加工工件的形状精度优于0．1μm，表面粗糙度优于0．01μm。
Dr=$} Y ? B YhiP/ ^ ? 代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯．利弗莫尔(LLNL)实验室于1984年研制成功的LODTM，它可加工直径达2100mm，重达4500kg 的工件其加工精度可达0．25μm，表面粗糙度RaO．0076μm，该机床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件和大型天体反射镜等。
{[Y7 h}7 ? $ oz 4_I ? 英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚右镜面切削机床，可以加工大型X射线天体望远镜用的非球面反射镜(最大直径可达1400mm，最大长度为600mm的圆锥镜)。