能動(dòng)磨盤加工工藝及智能控制研究.pdf

1、在大型光學(xué)系統(tǒng)中，非球面光學(xué)元件的采用能減少光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性、尺寸和重量從而有效的提高光學(xué)系統(tǒng)性能，因此，研制高質(zhì)量的大尺寸高陡度非球面光學(xué)元件對空間光學(xué)、天文光學(xué)和軍用光學(xué)的發(fā)展有極為重要的意義，對此，本文開展了以大型非球面主鏡計(jì)算機(jī)控制能動(dòng)磨盤加工（Computer Control ActiveLap）技術(shù)為核心的相關(guān)先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的研究。 相對于經(jīng)典加工固有的局限和小尺寸磨具加工形成的局部中高頻殘差以及低加工效率，能動(dòng)磨

2、盤技術(shù)采用大尺寸剛性盤作為基盤，在周邊可變應(yīng)力的作用下，盤的面形可以實(shí)時(shí)的變形成所需要的面形以適配非球面的不同位置上的吻合研磨。因而能動(dòng)磨盤研拋技術(shù)具有優(yōu)先去除表面最高點(diǎn)或部位的特點(diǎn)，具有平滑中、高頻差的趨勢，可以很好地控制中、高頻差的出現(xiàn)，有效的提高加工效率。圍繞著大型非球面主鏡計(jì)算機(jī)控制能動(dòng)磨盤加工（Computer Control ActiveLap）技術(shù)開展的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1、根據(jù)能動(dòng)磨盤的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，

3、建立了基于Preston方程的能動(dòng)磨盤加工去除函數(shù)模型、工件的能動(dòng)磨盤磨削模型和加工的邊緣效應(yīng)模型，并分析了能動(dòng)磨盤的加工特性。在φ1300mm（F／2）非球面主鏡能動(dòng)磨盤加工（CCAL）實(shí)驗(yàn)中，以該模型預(yù)測的主鏡加工面形與經(jīng)高分辨Hartmann-Shack傳感儀檢測的實(shí)際面形基本吻合。 2、分別建立了基于Preston方程的能動(dòng)磨盤與小工具數(shù)控加工的去除函數(shù)模型，分析了兩種加工工具在主鏡制造過程中的特性，并在φ1300mm（

4、F／2）非球面主鏡加工實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)主鏡面形ZYGO干涉儀和高分辨Hartmann-Shack傳感儀的檢測數(shù)據(jù)，利用功率譜密度（PSD）進(jìn)一步探討了這兩種工具在主鏡加工中所產(chǎn)生高頻差。根據(jù)能動(dòng)磨盤加工（CCAL）與數(shù)控加工（CCOS）各自的加工特性，提出了將能動(dòng)磨盤加工（CCAL）與數(shù)控加工（CCOS）相結(jié)合的主鏡加工工藝新方法，從而提高加工效率并有效地控制主鏡加工中的中高頻差。 3、建立了大型非球面三坐標(biāo)的測量和原始檢測數(shù)

5、據(jù)的處理方法，對用該方法測量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并對該數(shù)據(jù)先后進(jìn)行了補(bǔ)償處理、單條徑線傾斜和偏移剔除處理、再將處理后的數(shù)據(jù)用Gram-Schimdt正交化擬合出Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)，剔除Zernike多項(xiàng)式的系數(shù)的傾斜項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)，使最終處理的檢測面形與Hartmann-Shack檢測的面形基本吻合，實(shí)現(xiàn)了大型非球面主鏡研拋過程中接觸式測量與光學(xué)測量的無縫銜接。4、針對能動(dòng)磨盤系統(tǒng)高度的非線形和復(fù)雜的光學(xué)加工任務(wù)要求，將CMAC神

6、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入了能動(dòng)磨盤的變形控制。以能動(dòng)磨盤面形參數(shù)作為CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，伺服控制單元的脈沖電壓作為CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出樣本，通過對樣本的學(xué)習(xí)使CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出滿足精度要求，從而擬合出能動(dòng)磨盤驅(qū)動(dòng)電壓與盤面變形的非線性關(guān)系，再將訓(xùn)練完成的網(wǎng)絡(luò)作為控制器實(shí)現(xiàn)能動(dòng)磨盤的智能控制，通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。 5、從能動(dòng)磨盤的面形幾何方程出發(fā)，用麥可勞林公式對方程進(jìn)行級(jí)數(shù)展開，再對其進(jìn)行Zernike多