大口径镜片由于其面积大、重量重, 加工质量难以保证, 且生产效率极低, 严重限制了此类产品的发展。查阅国内外科技文献, 极少涉及大口径光学镜片相关加工技术研究。目前一般采用的工艺方案还是传统的加工方法, 生产质量难以保证, 且生产效率极低。口径在200~300mm的球面光学镜片的高速加工工艺, 采用镜片进行主动旋转运动, 模具随镜片旋转而从动运动的工艺方式。为得到稳定的加工面型, 对表面成型原理进行了分析, 并对实际生产过程中的工艺因素进行了研究。大口径球面光学镜片加工, 铣磨采用立式铣磨机加工, 工艺时间为30~60s左右; 精磨采用固着磨料金刚石丸片分两道砂W14和W7配套进行, 工艺时间分别定为30s和20s左右; 抛光模具采用聚氨酯抛光片粘接而成, 采用氧化铈抛光粉, 工艺时间为300s左右。将所加工的镜片进行面型检测, 用ZYGO轮廓仪测得镜片的PV值为0.227λ, RMS为0.024λ, 达到了比较理想的加工效果。
大口径 高速加工 光学工艺 成型 玻璃镜片 large-diameter High efficiency machining optical technology molding glass lenses
1 中原工学院 机电学院, 河南 郑州 450007
2 郑州市激光增材制造技术重点实验室, 机械工业光学传感与测试技术重点实验室, 河南 郑州 450000
为了解决熔覆层表面气孔识别技术中耗时且准确度不足的问题, 文章利用深度学习技术中的语义分割网络提出了基于U-net神经网络识别熔覆层表面气孔的2BNC-Unet神经网络。通过引入Batch Normalization层以及串联注意力机制(CBAM)合理部署在神经网络中, 选取交并比(IoU)与Dice系数作为网络的评价指标。研究结果表明: 在测试集中, 2BNC-Unet网络的交并比与Dice系数分别为86.96%、86.42%, 相比U-net神经网络分别提高了7.65%、4.73%。同时为了验证该网络的性能, 选用SegNet、2BNC-Unet与U-net神经网络进行对比实验, 结果表明2BNC-Unet的分割效果不仅优于SegNet和U-net网络, 而且熔覆层表面的气孔细节能够被完整地分割。在深度学习技术中2BNC-Unet的分割速度和准确度都有了显著地提高, 气孔的分割为熔覆层的性能分析提供了帮助。
激光熔覆 语义分割 熔覆层气孔 深度学习 串行注意力机制 laser cladding semantic segmentation stomata of cladding layer deep learning serial attention mechanism
北京理工大学 光电学院 “复杂环境智能感测技术”工信部重点实验室, 北京 100081
熔融石英玻璃因具有耐热性高、热膨胀系数低、绝缘性能好等优点, 广泛应用于航空航天、微光学元件、**等领域, 并对其加工精度和表面质量提出了更高的要求。由于飞秒激光具有“冷加工”的特点, 因此在熔融石英玻璃微纳加工方面展现出独特优势。采用波长为1030nm、重复频率为100kHz、脉宽为290fs的飞秒激光对熔融石英玻璃进行加工, 确定了不同物镜下熔融石英玻璃的损伤阈值, 研究了不同物镜下的激光功率、扫描速度、离焦量、扫描次数对加工线槽的影响, 使用逐层叠加加工的方法在低功率下得到了高深宽比(4∶1)的线槽, 并且提高加工线槽的宽度与深度的可控性, 可以在较薄熔融石英玻璃(200μm)上进行微纳加工。
激光技术 熔融石英玻璃 飞秒激光 微纳加工 损伤阈值 逐层叠加加工 laser techniques fused silica glass femtosecond laser micronano machining damage threshold layer by layer processing
华中光电技术研究所 武汉光电国家研究中心, 武汉 430223
通过对“范成法”加工半球谐振子外球面的机理分析, 推导出外球面曲率半径的计算公式, 分析出影响谐振子外球面形状误差的主要因素为砂轮的形状误差、机床的轴系定位偏差和机床旋转轴的跳动。砂轮形状误差包括砂轮中径误差和砂轮刃口半径误差, 机床轴系定位偏差包括X、Y和B轴定位偏差, 机床旋转轴跳动包括径向跳动和轴向跳动。通过优化外球面加工工艺参数, 加工得到的谐振子外球面圆度小于0.25μm, 同心度小于0.4μm, 表面粗糙度小于0.02μm, 谐振子品质因数大于2.6×107。
半球谐振子 范成法 球面 圆度 表面粗糙度 品质因数 hemispherical resonator generation method sphere roundness roughnes Q value
1 遵义师范学院 工学院, 贵州 遵义 563006
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川 绵阳 621900
3 华中光电技术研究所 武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430073
平面光学元件的浸入深度、凸球面光学元件的浸入深度、凸球面光学元件的曲率半径不同会使磁流变抛光入口区域剪切力场发生变化。为了研究磁流变抛光入口区域剪切力场的形成机制, 建立磁流变抛光过程中必要的流体模型, 对入口区域的几何特征进行分析; 通过数值计算平面光学元件不同浸入深度、凸球面光学元件不同浸入深度、凸球面光学元件不同曲率半径的影响, 得到对应的剪切力分布。得出结论,当平面光学元件一定浸入深度逐渐增加时, 抛光区域入口处的剪切力逐渐增大; 当凸球面光学元件的一定浸入深度逐渐增加时, 抛光区域入口处的剪切力逐渐增大; 凸球面光学元件的曲率半径对剪切力无显著影响, 不同曲率半径下的剪切力分布大致相同。
流变抛光 剪切力场 几何特征 抛光区域 magnetorheological polishing shear force field geometric characteristics polishing area
苏州大学 光电科学与工程学院 江苏省先进光学制造技术重点实验室 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215000
离轴非球面作为非球面的一部分, 是空间光学系统、天文学和高精度测量系统不可或缺的光学器件。针对空间光学对离轴非球面光学元件制造技术的重大需求, 开展了离轴非球面反射镜的精密铣磨加工技术研究。分析了五轴联动范成法铣磨离轴非球面的原理, 将离轴非球面所在的同轴母镜离散为一系列不同半径的球面环带, 将工件坐标系建立在待加工离轴非球面的同轴母镜中心位置, 使用杯形砂轮依次范成离轴镜所在的同轴母镜上的环带, 由众多的球面环带拼接出离轴非球面。对Φ100mm直径离轴抛物镜进行工艺试验, 环带宽度7.28mm, 一次加工面形精度PV达到7μm, RMS达0.622μm, 加工用时7min。研究表明该方法具有可行性, 为离轴非球面快速铣磨提供了有效的解决方案。
范成法 铣磨 离轴非球面 五轴加工中心 同轴母镜 generating method grinding off-axis aspheric surface five-axis machining center coaxial parent mirror
1 苏州科技大学 物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215009
2 苏州市精密与高效加工技术重点实验室, 江苏 苏州 215009
3 苏州科技大学 机械工程学院, 江苏 苏州 215009
基于C-T模型对光学元件加工表面微观形貌的双向反射分布函数(BRDF)进行了分析研究, 针对光学元件精密切削表面建立了微观形貌仿真模型, 利用Matlab软件仿真并分析了入射光参数和表面微观参数对BRDF的影响。结果表明, 相同微观形貌参数下, BRDF函数峰值随入射角度和入射波长的增加而增大; 当入射光参数相同时, 微观形貌参数的变化会引起入射光在表面产生多次散射和遮挡效应, 从而会改变BRDF函数峰值。随着均方根高度的增大, 散射和遮挡效应增加, BRDF函数峰值随之减小; 随着轮廓宽度的增大函数峰值也增大, 随均方根斜率的增大BRDF函数峰值减小。
几何光学 双向反射分布函数 微观形貌 多次散射 geometrical optics Bidirectional reflection distribution function microstructure multiple scattering
1 南京铁道职业技术学院 机车车辆学院, 江苏 南京 210031
2 教育部高铁安全协同创新中心, 江苏 南京 210031
通过激光熔覆实验、金相实验、残余应力检测及熔覆试件静拉伸实验, 研究了激光熔覆试件机械性能的变化规律。实验发现熔覆试件重熔区有粗大的魏氏体组织产生, 熔覆过程在熔覆试件内引入残余拉应力, 熔覆试件抗拉强度相较于基体试件有一定程度的降低, 熔覆试件伸长率相较于基体试件而言有大幅降低, 实验结果表明熔覆试件的各类机械性能较基体材料而言有不同程度的降低, 即激光熔覆后基体材料产生了一定程度的损伤。研究对此类损伤进行了定量分析, 构建了熔覆损伤定量评估模型, 为改善激光熔覆质量提供了理论依据。
激光熔覆 残余应力 抗拉强度 损伤评估 laser cladding residual stress tensile strength damage evaluation
1 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学 光电学院, 北京 100049
3 故宫博物院 文保科技部, 北京 100009
近年来激光清洗技术逐渐应用在文物保护领域。针对陶瓷文物样品表面的黄色污染层(铁锈)和黑色污染层(CaSO4或PbCO3与灰尘的混合物), 进行纳秒激光清洗文物的实验研究。实验上采用肉眼观察和激光共聚焦高倍显微镜测量等手段,通过改变激光功率、扫描速度和清洗次数等参数, 控制陶瓷表面污染物的烧蚀作用和清洗效果, 探索两种污染物的优化清洗参数。实验中得到了陶瓷文物样品表面两种污染物的最佳清洗参数, 为陶瓷文物的修复和保护提供数据支撑。
激光清洗 陶瓷文物 清洗参数 文物保护 laser cleaning ceramic relics cleaning parameters cultural relics protection
沈阳仪表科学研究院有限公司汇博光学, 辽宁 沈阳 110043
基于Z、X、B三轴联动的数控机床, 提出了一种高次非球面的等端切角加工方法, 采用等弦长离散非球面型线, 并保持端切角恒定来计算数控机床的运行轨迹。等弦长可避免非球面型线因斜率变化引起的加工误差, 等端切角加工方法保证磨头同一工作点完成工艺过程, 提高加工精度和工艺稳定性。另外, 通过编程模拟了等端切角法加工高次非球面的工艺过程, 分析了端切角δ和距离C对机床工艺行程的影响, 并指出两个参数的选取应使机床工艺行程满足: 不存在磨头与工件之间的物理干涉; 不存在Z、X向导轨和B轴的反向运行, 避免将传动间隙误差引入到工件中; 运行控制点的步距不得小于设备运行精度, 避免机床跨点突进产生棱带误差; 机床运行的工艺行程应尽量小以提高加工效率。因磨头磨损带来的加工误差, 可通过磨头修锐或使用磨损边缘点作为工作点并重新编制数控加工程序来消除。
高次非球面 点磨削 等弦长离散 等端切角 high-order aspherical point grinding equal chord length dissociation constant tangent-face angle
