车削光学自由曲面表面光学散射性能的在位测量

【摘要】光学自由曲面元件相比于传统光学元件拥有着优越的光学性能，其在国防、航空航天、民用光学等重要领域的应用也日益广泛。而利用基于快速刀具伺服（Fasttoolservo，FTS）的单点金刚石车削光学自由曲面，一直被视为具有潜力的研究发展方向。工件表面的光学性能测量是评定光学自由曲面加工质量的重要指标之一。工件在位测量光学性能因其能减少二次装卡所带来误差，提高加工检测效率，作为光机电一体化测量的交叉领域被广泛关注。但如何将光学测量与机械加工有效的相结合仍处于进一步研究的阶段，因此，本学位论文将致力于从光散射原理角度出发，设计搭建一套在位测量试验平台，用以测量工件的表面光学散射性能，讨论光学性能与加工参数之间的关系。本文通过理论分析，平台搭建，试验测量，数据处理对测试平台系统进行考证。本文讨论光学自由曲面的光散射原理，通过论证表面的反射散射比模型、衍射模型、镜面模型三种模型为光学能量测量提供理论依据。分析说明反射光斑和散射带的光能分布和粗糙度之间存在一定的对应关系。通过利用光束质量分析仪测量反射光斑和散射带能量的总体思想，进行试验数据离散化分析原理探究，为进一步后续数据处理提供理论支撑。通过对三组11个标准表面粗糙度试件进行光学性能测量，通过对研磨、外磨、车削三组工件进行能量比运算，试验数据很好的证明了粗糙度作为表面形貌的重要参数指标，能直接反映出表面形貌对于光学性能的影响，即表面形貌越光滑（越接近镜面）其反射性能越强，散射性能越强。同时表面形貌越“粗糙”，其反射性能越弱，散射性能越强。车削样件反射处CCD所接受的能量分布，可以很清楚的显示出能量分布出现一种“分层”状态因此利用这种测量方式对于车削加工来讲，更能表现其光学性能，更好的还原表面形貌。对四组11个FTS振动切削加工具有表面微结构试件进行光学性能测量，分别对FTS振动频率、轴向进给量、主轴转速、FTS振动切削装置振幅以及材料进行分别控制，得到了光学性能与加工参数之间的规律，工件的光学散射性能与FTS振动频率、FTS振动切削装置振幅成正比关系，与轴向进给量、主轴转速成反比关系。同时，对于不同材料工件，在不改变其加工参数的情况下，所表现出的反射散射性能与其材料的反射比关系一致。
【作者】朱磊；
【导师】周晓勤；刘强；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】车削；光学自由曲面；光学散射性能；在位测量；光束质量；粗糙度；

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