离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究

【摘要】： 近年来，人们提出了“离轴三反消像散”(TMA)结构来满足下一代空间相机“详查”和“宽覆盖”的技术要求，该结构中要求使用三块离轴非球面反射镜，而大口径、高精度离轴非球面反射镜的制造技术是研制TMA结构空间相机的主要技术瓶颈之一。目前CCOS(Computer Controlled Optical Surfacing)技术被广泛用于离轴非球面反射镜的制造，本文针对该技术中涉及到的一些问题开展较为深入的研究，以进一步提高离轴非球面的加工效率和精度。 所谓CCOS技术，就是根据定量的数据检测结果，由计算机控制小磨头对工件表面进行研磨、抛光，并通过控制磨头在工件表面的驻留时间、磨头转速、相对压力等工艺参数来控制工件表面的材料去除量CCOS法加工非球面的关键技术包括：CCOS控制模型、非球面面形的定量测量技术CNC设备及其数控技术等。在CCOS控制模型及理论计算方面，提出了一种适用于高次离轴非球面最接近球面计算的优化算法，经计算，某矩形离轴非球面最接近球面半径的求解精度较传统的“三点法”有了较大的提高，理论加工余量由原来的107.8umRMS降低到25.66umRMS；提出一种基于磨头与工件的相对位移量的控制模型，并且开发了阻尼卷积迭代算法，引入“虚拟加工”的概念进行迭代求解和参数评价。在非球面测量技术方面，主要针对零位补偿检验过程中测量坐标的“非线性误差”的形成原因及其补偿算法由光学调整量引起的测量误差以及调整量误差的拟和方法等问题进行了讨论，并编制了相应的干涉检验数据处理软件ASIC，干涉检验结果经分析、处理后能够满足CCOS的技术要求并指导加工。此外，文中还对新研制的六轴联动“ASM数控非球面加工中心”的控制系统进行了介绍，并专门介绍了加工中心在线轮廓测量单元中测量误差的补偿模型，以及与加工中心配套的控制软件ASM1.0的编制情况。最后，比较详细地介绍了770mm×200mm，f／1.17高次离轴非球面反射镜的加工、检验过程，加工后200mm口径范围内加工精度达到0.013λRMS，完全满足了设计要求。 实践证明，本文的研究适用于大口径离轴非球面反射镜的加工，有效地提高了非球面的加工效率和精度水平。