大口徑非球面光學(xué)元件磨拋加工過(guò)程在線監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、大口徑非球面光學(xué)元件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型天文望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星系統(tǒng)、激光核聚變裝置等民用重大科技工程及國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域，其作為關(guān)鍵組件對(duì)精度要求極高。目前，該類元件一般采用“先磨削再拋光”的加工方式，在已有的磨削和拋光加工類型中，“平行磨削+氣囊拋光，并輔以檢測(cè)技術(shù)”的工藝體系具有高效、可控等多重優(yōu)勢(shì)，極具應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本文針對(duì)非球面光學(xué)元件平行磨削和氣囊拋光加工過(guò)程在線監(jiān)測(cè)技術(shù)以及磨削工藝階段檢測(cè)技術(shù)展開一系列研究，從磨削加

2、工過(guò)程光學(xué)元件表面質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)、磨削階段光學(xué)元件超精密檢測(cè)、氣囊拋光加工過(guò)程去除函數(shù)在線監(jiān)測(cè)以及拋光加工運(yùn)動(dòng)控制等四個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論探索，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)。主要內(nèi)容有:
　　1.對(duì)磨削加工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究，選用聲發(fā)射傳感器、加速度傳感器和測(cè)力儀等設(shè)備，自行設(shè)計(jì)研制數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn);采用Taguchi方法科學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)時(shí)采集不同工藝參數(shù)組合下聲發(fā)射、振動(dòng)和磨削力信號(hào)

3、，并對(duì)加工后元件進(jìn)行檢測(cè)，為后續(xù)進(jìn)一步理論研究提供科學(xué)依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐。
　　2.對(duì)磨削加工過(guò)程光學(xué)元件表面質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了理論研究，基于支持向量機(jī)理論，建立工藝參數(shù)和加工狀態(tài)因素識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)定量描述加工過(guò)程中各要素對(duì)表面質(zhì)量的影響程度;基于識(shí)別技術(shù)并結(jié)合磨削加工工藝特點(diǎn)，提出一種新的支持向量機(jī)模型——插值·因子-支持向量回歸機(jī)，通過(guò)輸入工藝參數(shù)組合和加工后的預(yù)期表面質(zhì)量，反算出加工狀態(tài)因素特征參數(shù)的閾值，試驗(yàn)結(jié)果表明，上述

4、模型能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)表面質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)。
　　3.從大量程檢測(cè)平臺(tái)的開發(fā)和基于高精度小量程檢測(cè)設(shè)備通過(guò)拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大口徑光學(xué)元件的檢測(cè)兩個(gè)角度，研究磨削工藝階段大口徑光學(xué)元件檢測(cè)技術(shù)。建立單項(xiàng)幾何誤差自適應(yīng)補(bǔ)償和空間誤差補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，上述模型有效提高了大量程檢測(cè)平臺(tái)的精度;提出多段拼接測(cè)量方法及后續(xù)數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用泰勒霍普森Form TalysurfPGI1240輪廓儀進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　4.進(jìn)行

5、氣囊拋光加工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，搭建試驗(yàn)系統(tǒng)，采集不同工藝參數(shù)下加工狀態(tài)因素信號(hào)，對(duì)聲發(fā)射、振動(dòng)和氣囊壓力在拋光加工過(guò)程中體現(xiàn)出的特點(diǎn)進(jìn)行了探索性研究;基于最小二乘擬合數(shù)學(xué)原理和監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立氣囊拋光加工去除函數(shù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用氣囊壓力對(duì)去除函數(shù)關(guān)鍵特征參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。
　　5.建立氣囊拋光加工進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的和運(yùn)動(dòng)即五軸聯(lián)動(dòng)控制模型，并以該模型為核心技術(shù)，開發(fā)計(jì)算機(jī)編程關(guān)鍵算法，運(yùn)用多項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)“氣囊