计算机控制光学表面成形技术(CCOS)广泛应用于反射镜的研抛过程，其去除函数通常选用去除效率高、去除稳定的近高斯形函数，但在加工过程中容易出现边缘翘边现象，严重影响反射镜的加工效率和面形收敛率。针对CCOS研磨过程中出现的边缘效应问题，提出一种应用于多自由度机械手的无偏心加工技术，对无偏心工具头的去除函数进行了分析，采用控制变量法研究加工压力、磨头转速和驻留时间等工艺参数对去除效率的影响，并对无偏心盘修边效果进行了试验验证。结果表明，通过对加工压力、磨头转速、磨盘悬挂比以及加工区域等加工参数进行合理调控，无偏心盘可以对翘边进行有效去除，且加工后面形平坦，可以很好地解决边缘效应问题。最后，针对研磨阶段提出了新的工艺流程：采用有偏心修形和无偏心修边相结合的工艺加工方式，可以快速提高反射镜面形加工的收敛效率，实现高效、高精度加工。
光学加工 边缘效应 CCOS 反射镜 optical processing edge effect CCOS mirror 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220711
中国石油大学(华东)机电工程学院, 山东 青岛 266580
为了进一步阐释激光弯曲成形以及边缘效应机理及其控制策略,基于ABAQUS有限元分析软件,建立了不锈钢-低碳钢-不锈钢层状复合板的激光热成形模型,对激光扫描过程中复合板的层间温度场与应力应变场进行了量化分析。研究发现:不锈钢与低碳钢导热性能的差异有利于弯曲角度的形成;造成边缘效应的主要原因是加热路径上温度及板内约束的非均匀化分布;重复加热的方式可以改善表面温度分布,提高成形精度。提出了4种新的扫描策略,最大可使表面温度的相对变化率降低36%,加热线上弯曲角的相对变化率降低51.8%,提高了成形精度,为工业化生产中复合板弯曲成形扫描策略的选择提供了参考。
激光技术 激光弯曲 层状金属复合材料 边缘效应 成形精度 ABAQUS软件
火箭军工程大学控制科学与工程系, 陕西西安 710025
非均匀校正技术是电阻阵列红外动态景象投射器的关键技术之一, 国外早已在该领域取得了突破性研究成果, 已实现了精确校正, 并且得到工程化应用。而国内研究则进展较缓, 校正精度不足。本文以 Flood测试法为基础, 以盲复原迭代方法为研究对象, 结合国内研究现状对该方法进行了完善和验证。实现在无需估计点扩散函数的条件下, 利用对探测数据的处理消除了观测噪声和边缘效应的影响并且实现了残余非均匀性小于 1%的校正。
盲复原 边缘效应 观测噪声 全屏测试 blind restoration, edge effect, observation noise,
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 中国工程物理研究院 超精密加工技术重点实验室, 成都 610200
一阶不连续光学元件的磁流变抛光问题是制约我国高精高效光学制造领域发展的难题之一, 其涉及锥形、矩形等几何形貌元件的光学元件加工问题以及常见光学元件的边缘效应控制问题。提出了基于一阶不连续光学元件的磁流变抛光流体动力学方法, 建立了该类元件抛光区域流体动力分析的理论方法和数值手段。首先, 对磁流变抛光工况下的流场进行了合理假设, 其次, 从微元流体动力方程出发, 建立了适用于一阶不连续面形的流场分析方法, 最后, 基于有限差分法和数值迭代方法建立了流场控制方程的数值计算方法。通过对切入距离为1~18 mm的抛光过程进行数值仿真, 发现该方法所获取的一阶不连续面形的压力分布形态是正确的, 产生的不连续压降与实验观测一致。
一阶不连续光学元件 边缘效应 磁流变抛光 流体动力学分析 超精密加工 first order discontinuous optical element edge effect magnetorheological finishing hydrodynamic analysis ultra-precision machining 强激光与粒子束
2019, 31(2): 022001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海恒益光学精密机械有限公司, 上海 201800
在计算机控制光学表面成形（CCOS）技术中，由于边缘处压力分布的不均匀，会在工件边缘产生边缘效应，边缘效应会严重阻碍面形误差的收敛，边缘效应问题已成为数控加工技术中亟待解决的关键问题之一。针对边缘处压力阶跃分布模型和线性分布模型进行了理论仿真及实验验证，实验结果表明，对于方形工件，在露边量较大（实验中露边量为去除函数束径的1/3）和露边量较小(实验中露边量为去除函数束径的1/24)的情况下，两种模型得到的去除函数结果相差不大，都能够在一定程度上反映出实际结果；当露边量适中（实验中露边量为去除函数束径的1/6）时，线性模型下的去除函数更接近实验结果，阶跃模型在去除函数中心区域与实验结果偏离较大。
光学制造 计算机控制光学表面成形 边缘效应 去除函数 线性模型 阶跃模型 中国激光
2014, 41(12): 1216002
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
静止轨道(GEO)成像系统外遮光罩设计是空间载荷设计的重要组成部分。根据成像系统所处的空间杂散环境特点，通过分析不同太阳遮蔽角对外遮光罩几何结构的影响，确定了合适的遮光罩高度-直径比；研究了不同离轴角下刀口式和蜂窝式结构对杂光抑制能力的差别，Tracepro软件仿真结果表明，在相同的遮蔽角下前者比后者抑制能力高5%~28%。在此基础上，利用黑体腔工作原理，设计实现了一种新型二级遮光罩。最后结合某静止轨道成像系统进行仿真验证。结果表明，在太阳遮蔽角处，外遮光罩点源透射率(PST)曲线值小于10-8，杂光抑制效果好，同时很好地解决了单级遮光罩内边缘效应问题，满足工程应用要求。
光学设计 静止轨道 太阳遮蔽角 遮光罩设计 边缘效应 点源透过率
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院 光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
提出了用于大口径非圆形球面反射镜研磨和抛光的平转动大磨头加工技术，该技术基于平转动小磨头计算机控制光学表面成形技术，通过增大磨头口径的方式来提高其材料去除效率。针对大口径磨头比较突出的边缘效应，通过低阶拟合以及高阶补偿相结合的方法，在虚拟加工算法中引入边缘效应的影响，保证材料去除效率提高的同时具有一定的面形收敛率，从而有效地缩短加工周期。最后对一块1 100 mm×800 mm的体育场形SiC坯料进行了加工试验，共进行22轮加工，总加工时间约51 h，面形从122 μm(PV)收敛至5.9 μm(PV)。与传统小磨头加工技术相比，效率提高了1倍以上，实现了大口径非圆形球面在粗磨阶段的高效去除。
大口径反射镜 边缘效应 光学加工 粗磨 large mirror edge effect optical fabrication coarse grinding
西安理工大学机械自动化研究所，陕西 西安 710048
利用计算机模拟技术对激光淬火进行了温度场模拟，通过实验与模拟结果对比确定了激光淬火中表面经过磨削加工并喷涂了黑色快干漆的GCr15钢对激光光束能量的吸收率。通过利用不同工艺参数进行模拟，得到了在不同激光淬火工艺参数作用下的模拟淬火温度场，从而分析了进端、出端边缘效应对淬火温度场的影响。最后通过反复模拟试验，提出了利用合适的激光淬火工艺参数以及加速的方法实现淬火过程中瞬时最高淬火温度的均匀，进而保证激光淬火硬化层的均匀。
激光淬火 计算机模拟 温度 边缘效应 laser quenching computer simulation temperature fringe effect
1 中国科学院 光电技术研究所,四川 成都 610209
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
数控小工具加工技术是目前中等口径(直径小于500 mm)离轴非球面光学元件的主要加工方法之一。数控小工具加工模型建立在普林斯顿假设基础之上,通过计算机控制小工具在工件表面的驻留时间及其他参数来实现工件表面材料的精确去除。结合实际加工中存在的问题,分析了最接近球面的合理确定方法;建立了以离轴非球面弧矢面等高线为加工轨迹的数控模型,有效地减少了小工具加工所带来的不规则“碎带”,并将二维驻留时间运算简化为一维;结合常量-线性分布模型对边缘效应进行了有效处理。利用仿真程序对124 mm离轴抛物面镜进行了模拟加工,模拟结果表明,在该模型的指导下,离轴抛物面镜面型误差均方根值从0.018 mm减小至小于λ/60(λ=632.8 nm)。
光学加工 离轴非球面 小工具 边缘效应
