摘要：针对立方相位板的曲面特征，基于波前传感方法设计了面形测量系统。提出了波前数据到曲面面形的映射模型，借助图像处理方法有效地提高了测量的动态范围，实现了较大曲率的立方相位板面形精度的超精密测量。仿真分析表明，该模型的转换精度同传统算法相比提高了2～3倍，测量的动态范围提高了4倍，且仍有提高空间。最后搭建的实验系统实现了实际立方相位板面形的测量，通过与Wyko白光干涉仪的测量数据对比，验证了测量的准确性。

摘要：基于快速刀具伺服(FTS)系统的单点金刚石车削是加工光学自由曲面的重要方法之一.传统的直线刀具伺服系统都具有频率响应低的问题,严重限制了可以加工自由表面的复杂程度.文中介绍了麦克斯韦力驱动的快速刀具伺服系统的设计,电机采用永磁体偏置模型实现线性驱动,根据磁路设计原理推导了电机的运动公式,利用有限元分析(FEA)的方法分析了电机模型在高频信号驱动时的受力曲线、涡流损耗的大小和分布情况.根据分析的结果设计了电机的驱动系统,并进行了开环正弦驱动实验和电极频率响应曲线的测试,最终利用PID算法实现了FTS系统的闭环控制.基于麦克斯韦力驱动的FTS系统的最佳驱动频率应小于40 kHz,系统目前行程可以达到15.75μm,最大的频率响应可以达到100 kHz,系统可以跟踪500 Hz正弦波运动.

摘要：自由曲面棱镜是轻型头盔显示系统的核心光学器件,其巧妙的设计以及精密的加工方法历来备受研究者的关注。目前有关自由曲面棱镜的研究主要集中于视场角和成像质量上,而忽略了公差设计,尤其是加工误差对棱镜的影响。针对这一现象,在详细分析了自由曲面棱镜的加工误差来源之后,提出了基于公差约束的自由曲面棱镜优化设计方法,以保证在加工精度允许的前提下得到最佳的成像质量。通过光学仿真实验及成像质量分析,验证了该方法的有效性。

摘要：原位测量是提高光学自由曲面面形精度的重要手段,对于提高加工效率、实现加工过程自动化具有重要意义。由于面形的复杂性,光学自由曲面原位测量一直是超精密测量领域的难题。提出了一种基于超精密机床的光学自由曲面原位测量方法,测量系统由LVDT气浮式传感器、红宝石探针和数据采集部件组成,采用螺旋线方式进行加工及测量路径的设计,通过运动控制接口实现机床坐标和测量数据的实时同步采集,快速精确地获取测量数据。实验结果表明,所加工的双正弦自由曲面的面形误差在±0.5μm范围内。

摘要：离轴非球面镜是高精度测量和制造装备不可或缺的光学器件。目前其制造技术的难点在于同时实现高效和高形状精度的加工。笔者借助"子母同体"结构设计和超精密车削技术实现高精度离轴非球面镜加工。利用该结构设计,借助非球面车削加工可实现多个离轴非球面的加工,并从加工路径优化设计和补偿加工技术的研究方面,论述了提高面形精度的方法。实验结果表明:离轴非球面镜的面形精度P-V可在200nm之内,粗糙度Ra约为6nm。

摘要：快速刀具伺服系统是光学复杂面形加工的重要手段,现有直线伺服机构在原理上存在频响低的问题,严重限制被加工面形的复杂程度。分析电磁正应力驱动伺服机构的基本原理,利用有限元分析原理计算伺服机构的最大驱动力和最高频响,证明该方式驱动的伺服机构可以实现高频响应。根据有限元分析结论改善伺服机构的机械结构及选材,并设计伺服机构驱动器。实验研究优化设计的伺服机构响应频率为10.1kHz,工作行程为13μm。

摘要：基于面形斜率的高斯径向基自由曲面模型在面形表征和系统设计中具有优势,但基函数数目较多,导致优化效率低、公差分析困难等问题。本文对基于面形斜率的高斯径向基模型优化设计和公差分析方法开展研究,利用模型的面形表征局域特性,将全局优化和局部优化相结合,提出了一种新的优化设计方法。利用数学统计的方法,确定了基函数系数和自由曲面面形矢高之间的线性关系,直接设定系数公差范围初值,通过大样本统计后确定自由曲面的合理面形公差。将该优化设计和公差分析方法应用到基于面形斜率的高斯径向基自由曲面型头戴显示系统,设计结果表明头戴显示系统全视场内在23 lp/mm处大于0.3,系统最大畸变为3.45%,达到了系统设计指标,并基于公差分析结果进行实验系统集成,成功实现了图像显示。本文所提出的优化设计方法和公差分析方法为基于面形斜率的高斯径向基自由曲面模型和其他局域型自由曲面模型的应用提供了重要的借鉴意义。

摘要：为了设计桌面型微注塑机的锁模机构,在对注塑机锁模肘杆机构的运动学特性和力学特性进行理论分析的基础上,确定了最佳的肘杆几何参数,对肘杆机构进行了运动学仿真分析和静力学分析。结果表明,设计的桌面型微注塑机的肘杆锁模机构能够满足慢-快-慢的理想速度特性,并且在能够提供100 kN锁模力的前提下,满足刚度和强度的要求。

摘要：针对麦克斯韦力驱动的快速刀具伺服(FTS)系统的轨迹跟踪问题,提出一种综合的控制方法。通过对麦克斯韦力伺服电机的系统辨识,建立系统数学模型。提出内环采用串联校正以增大系统带宽,外环采用自适应前馈抵消(AFC)控制与零相位误差跟踪控制(ZPETC)结合的控制方法。仿真结果表明,设计的控制方法对周期性的输入信号与外界干扰信号有着很好的抑制作用,实现了轨迹跟踪的精确控制,证明了该方法的有效性。

摘要：光学自由曲面是一类特殊的自由曲面,由于全新的光学设计理念,能有效地改善光学系统性能。以国民经济和国防领域的重大需求为背景,深入研究并解决光学自由曲面制造中的重大关键基础科学问题,掌握和研究光学自由曲面高效、高精度加工工艺技术及装备的共性基础问题。