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1、超精密機床加工誤差辨識與補償方法研究Studyonidentificationandcompensationmethodofmachiningerrorsforultraprecisionmachines一級學科：儀器科學與技術(shù)學科專業(yè)：儀器科學與技術(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精密儀器與光電子工程學院二零一七年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標注和致謝之處外，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或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文作者簽名：簽字日期：年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解天津大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，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。同意學校向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學位論文作者簽名：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)摘要光學自由曲面作為制造技術(shù)和光學工程領(lǐng)域相互促進而出現(xiàn)的典型特征表面，為光學領(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)光學性能有很大程度提高。為滿足光學應(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床幾何誤差、刀具誤差、熱誤差等各種誤差的影響，降低光學元件的加工精度，進而影響光學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、測量和補償?shù)确矫妫芗庸み^程的誤差項較多，難以實現(xiàn)對
4、所有誤差項的測量和補償，因此，需要研究各個加工誤差項的影響本質(zhì)及規(guī)律，確定主要加工誤差。同時，超精密機床的精度高，傳統(tǒng)測量方法難以實現(xiàn)對這類機床幾何誤差的測量，因此，進行加工誤差的辨識和補償也成為其研究的另一個重點。此外，被加工光學元件的光學性能是加工的最終目標，如能從光學性能評價入手，進行加工誤差的辨識和補償，直接提高最終光學性能，從而實現(xiàn)光學質(zhì)量可控加工?；谏鲜龇治?，本課題擬建立超精密機床加工誤差辨識與補償模型，其主要研究工作如下：（1）提出借助于加工誤差項建立加工與應(yīng)用的直接關(guān)系，并建立加工誤差與光學性能
5、映射模型?；诙囿w系統(tǒng)運動學理論和齊次坐標轉(zhuǎn)換矩陣建立不同加工方法下的加工誤差模型，研究加工誤差對面形誤差的影響規(guī)律；基于光線追跡理論建立光學性能模型，研究面形誤差光學性能的影響規(guī)律；結(jié)合上述兩個模型，建立加工誤差項與光學性能的直接關(guān)系，為實現(xiàn)主要加工誤差的辨識與補償和光學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)律的加工誤差辨識與補償方法?；诩庸ふ`差模型，研究加工誤差的影響本質(zhì)和規(guī)律；結(jié)合坐標變換規(guī)律對不同加工方式下的加工誤差項進行分析、簡化和分類；研究加工誤差項對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與補償方法。（3）提出基于光學性能評價的超精密加工誤差辨識與補償方法，直接實現(xiàn)光學性能的補償和控制。基于映射模型，研究加工誤差與光學性能之間的影響關(guān)系；根據(jù)光學元件的使用要求對元件進行分類，提出基于激光干涉法和視覺分析法對光學元件的光學性能參數(shù)進行測量和評價；根據(jù)測量結(jié)果和超精密加工誤差與光學性能的映射模型的優(yōu)化，辨識各個主要加工誤差項的大小，從而進行誤差補償，最終實現(xiàn)光學性能的控制和提高。I萬方數(shù)據(jù)（4）以透射元件、反射元件及
7、整機系統(tǒng)為研究對象，開展加工誤差項對面形精度和光學性能的影響規(guī)律、性能指標測量及誤差辨識補償實驗。針對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性能及一致性；針對典型反射元件離軸拋物面加工需求，基于波前像差測量評價實現(xiàn)光學性能的直接控制；針對光學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，實現(xiàn)系統(tǒng)主要加工誤差的辨識和控制。關(guān)鍵詞：超精密加工；加工誤差；光學性能；波前像差；光線追跡II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTThewiderapplicationofoptical
8、freeformsurfacesisbecauseofthedevelopmentofmanufactureandopticalengineering,whichaddsnewvitalitytotheopticalfield.Theopticalfreeformsurfacesnotonlysimplifythestructureandreducetheweightof
