超精密機(jī)床加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法研究

《超精密機(jī)床加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、超精密機(jī)床加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法研究Studyonidentificationandcompensationmethodofmachiningerrorsforultraprecisionmachines一級(jí)學(xué)科：儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)作者姓名：劉現(xiàn)磊指導(dǎo)教師：劉書桂教授房豐洲教授張效棟副教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一七年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或

2、撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師

3、簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要光學(xué)自由曲面作為制造技術(shù)和光學(xué)工程領(lǐng)域相互促進(jìn)而出現(xiàn)的典型特征表面，為光學(xué)領(lǐng)域發(fā)展注入了新的活力。它不但可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、減輕系統(tǒng)重量，也使系統(tǒng)光學(xué)性能有很大程度提高。為滿足光學(xué)應(yīng)用性能的要求，需要依靠高精度加工予以保證。超精密加工過程中不可避免地受到機(jī)床幾何誤差、刀具誤差、熱誤差等各種誤差的影響，降低光學(xué)元件的加工精度，進(jìn)而影響光學(xué)元件的最終使用性能。目前加工誤差的相關(guān)研究主要集中在加工誤差建模、測量和補(bǔ)償?shù)确矫妫芗庸み^程的誤差項(xiàng)較多，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)

4、所有誤差項(xiàng)的測量和補(bǔ)償，因此，需要研究各個(gè)加工誤差項(xiàng)的影響本質(zhì)及規(guī)律，確定主要加工誤差。同時(shí)，超精密機(jī)床的精度高，傳統(tǒng)測量方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這類機(jī)床幾何誤差的測量，因此，進(jìn)行加工誤差的辨識(shí)和補(bǔ)償也成為其研究的另一個(gè)重點(diǎn)。此外，被加工光學(xué)元件的光學(xué)性能是加工的最終目標(biāo)，如能從光學(xué)性能評(píng)價(jià)入手，進(jìn)行加工誤差的辨識(shí)和補(bǔ)償，直接提高最終光學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)質(zhì)量可控加工。基于上述分析，本課題擬建立超精密機(jī)床加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償模型，其主要研究工作如下：（1）提出借助于加工誤差項(xiàng)建立加工與應(yīng)用的直接關(guān)系，并建立加工誤差與光學(xué)性能

5、映射模型?；诙囿w系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣建立不同加工方法下的加工誤差模型，研究加工誤差對(duì)面形誤差的影響規(guī)律；基于光線追跡理論建立光學(xué)性能模型，研究面形誤差光學(xué)性能的影響規(guī)律；結(jié)合上述兩個(gè)模型，建立加工誤差項(xiàng)與光學(xué)性能的直接關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)主要加工誤差的辨識(shí)與補(bǔ)償和光學(xué)性能可控制造提供有效途徑及理論基礎(chǔ)。（2）提出基于加工誤差影響規(guī)律的加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法?；诩庸ふ`差模型，研究加工誤差的影響本質(zhì)和規(guī)律；結(jié)合坐標(biāo)變換規(guī)律對(duì)不同加工方式下的加工誤差項(xiàng)進(jìn)行分析、簡化和分類；研究加工誤差項(xiàng)對(duì)不同類型元件的面形誤差

6、影響規(guī)律及權(quán)重，確定不同類型元件的主要加工誤差，并根據(jù)影響規(guī)律性提出主要加工誤差的辨識(shí)與補(bǔ)償方法。（3）提出基于光學(xué)性能評(píng)價(jià)的超精密加工誤差辨識(shí)與補(bǔ)償方法，直接實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的補(bǔ)償和控制?；谟成淠Ｐ停芯考庸ふ`差與光學(xué)性能之間的影響關(guān)系；根據(jù)光學(xué)元件的使用要求對(duì)元件進(jìn)行分類，提出基于激光干涉法和視覺分析法對(duì)光學(xué)元件的光學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行測量和評(píng)價(jià)；根據(jù)測量結(jié)果和超精密加工誤差與光學(xué)性能的映射模型的優(yōu)化，辨識(shí)各個(gè)主要加工誤差項(xiàng)的大小，從而進(jìn)行誤差補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的控制和提高。I萬方數(shù)據(jù)（4）以透射元件、反射元件及

7、整機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象，開展加工誤差項(xiàng)對(duì)面形精度和光學(xué)性能的影響規(guī)律、性能指標(biāo)測量及誤差辨識(shí)補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。針對(duì)典型透射元件微透鏡陣列加工需求，提出采用定向離心加工方法提高單元面形精度和光學(xué)性能及一致性；針對(duì)典型反射元件離軸拋物面加工需求，基于波前像差測量評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能的直接控制；針對(duì)光學(xué)自由曲面離軸三反系統(tǒng)加工需求，提出一種免裝配一體化加工方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要加工誤差的辨識(shí)和控制。關(guān)鍵詞：超精密加工；加工誤差；光學(xué)性能；波前像差；光線追跡II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTThewiderapplicationofoptical

8、freeformsurfacesisbecauseofthedevelopmentofmanufactureandopticalengineering,whichaddsnewvitalitytotheopticalfield.Theopticalfreeformsurfacesnotonlysimplifythestructureandreducetheweightof