能動磨盤加工工藝及智能控制研究.pdf

1、在大型光學系統(tǒng)中，非球面光學元件的采用能減少光學系統(tǒng)的復雜性、尺寸和重量從而有效的提高光學系統(tǒng)性能，因此，研制高質(zhì)量的大尺寸高陡度非球面光學元件對空間光學、天文光學和軍用光學的發(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算機控制能動磨盤加工（Computer Control ActiveLap）技術為核心的相關先進光學制造技術的研究。 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，能動磨

2、盤技術采用大尺寸剛性盤作為基盤，在周邊可變應力的作用下，盤的面形可以實時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。因而能動磨盤研拋技術具有優(yōu)先去除表面最高點或部位的特點，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算機控制能動磨盤加工（Computer Control ActiveLap）技術開展的主要研究工作和創(chuàng)新點包括： 1、根據(jù)能動磨盤的結構和工作特點，

3、建立了基于Preston方程的能動磨盤加工去除函數(shù)模型、工件的能動磨盤磨削模型和加工的邊緣效應模型，并分析了能動磨盤的加工特性。在φ1300mm（F／2）非球面主鏡能動磨盤加工（CCAL）實驗中，以該模型預測的主鏡加工面形與經(jīng)高分辨Hartmann-Shack傳感儀檢測的實際面形基本吻合。 2、分別建立了基于Preston方程的能動磨盤與小工具數(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）非球面主鏡加工實驗的基礎上，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，提出了將能動磨盤加工（CCAL）與數(shù)控加工（CCOS）相結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)進行了分析，并對該數(shù)據(jù)先后進行了補償處理、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多項式的系數(shù)，剔除Zernike多項式的系數(shù)的傾斜項和常數(shù)項，使最終處理的檢測面形與Hartmann-Shack檢測的面形基本吻合，實現(xiàn)了大型非球面主鏡研拋過程中接觸式測量與光學測量的無縫銜接。4、針對能動磨盤系統(tǒng)高度的非線形和復雜的光學加工任務要求，將CMAC神

6、經(jīng)網(wǎng)絡引入了能動磨盤的變形控制。以能動磨盤面形參數(shù)作為CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入樣本，伺服控制單元的脈沖電壓作為CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出樣本，通過對樣本的學習使CMAC神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出滿足精度要求，從而擬合出能動磨盤驅(qū)動電壓與盤面變形的非線性關系，再將訓練完成的網(wǎng)絡作為控制器實現(xiàn)能動磨盤的智能控制，通過仿真和實驗驗證了該方法的可行性和有效性。 5、從能動磨盤的面形幾何方程出發(fā)，用麥可勞林公式對方程進行級數(shù)展開，再對其進行Zernike多