单晶锗是典型的红外光学晶体材料, 其加工表面的评价方法大都局限于面形精度, 而加工过程所产生的位错及晶面间距变化也会影响单晶锗的使用性能。为了全面地评价单晶锗加工后的表面性能, 通过表面粗糙度轮廓仪、 X射线衍射仪等设备, 对超精密车削的单晶锗平面及曲面进行了表面粗糙度和 X射线检测, 获得了针对单晶锗平面的表面粗糙度与位错密度相结合的性能评价方法, 及针对单晶锗曲面的表面粗糙度与晶面间距变化程度相结合的性能评价方法。相关研究对单晶锗在红外光学及其它领域的加工应用有重要意义。
单晶锗 X射线 摇摆曲线 晶面间距 single crystal germanium X-ray rocking curve interplanar spacing
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
1 000 mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量, 本文对主镜的装调技术进行了研究。首先, 对影响主镜面形精度的误差进行分配; 其次, 结合具体的主镜支撑结构的形式, 采用典型装调方法对800 mm口径主镜进行详细的装调研究, 实时测得主镜的面形精度; 最后, 综合分析产生装调误差的来源, 提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000 mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40, 在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。
光电跟踪系统 主镜支承结构 大口径 装调技术 photoelectric tracking system primary mirror bearing structure large aperture alignment technology
长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
激光衍射对刀是通过检测两个一级衍射条纹峰值点间距来进行对刀间隙测量的一种方法。为了提取有效的衍射条纹图像, 在激光衍射对刀过程中需将衍射系统光轴倾斜, 导致对刀间隙所形成的矩孔相对于系统光轴不垂直, 即矩孔倾斜, 矩孔倾斜会使得对刀间隙检测结果不准确。为了研究矩孔倾斜对激光衍射对刀精度的影响, 研究建立了含有矩孔倾斜角度的激光衍射光强模型和一级次极大峰值点间距误差计算模型,提出了基于一级次极大峰值点间距的误差校正方法和倾斜方向判别方法。在相同实验条件下, 所建立的理论模型为有效提高激光衍射对刀精度提供了依据。
激光衍射 一级衍射条纹 矩孔倾斜 laser diffraction first-order peak points rectangular hole tilted
激光衍射对刀是通过检测激光衍射条纹峰值点间距来进行对刀间隙测量的方法。但是检测装置中装夹误差的存在会使得入射激光相对于成像光轴呈现斜入射状态, 进而对对刀间隙检查结果及对刀精度产生影响。为了研究斜入射角度对衍射对刀精度的影响规律, 建立了激光斜入射的衍射光强计算模型和峰值点间距误差的计算模型, 进而给出了激光斜入射角度计算模型; 理论结合实验分别提出了通过检测中央衍射条纹光强峰值点位置和两个一级衍射条纹峰值点间距综合进行激光斜入射角度校正的方法; 根据具体实验工艺条件, 确定了入射激光的最佳倾斜角度工艺调整范围, 为有效提高激光衍射对刀精度提供了依据。
激光衍射 对刀间隙 激光斜入射 倾斜角度 laser diffraction tool-workpiece distance tool setting accuracy oblique incident
激光衍射对刀是通过检测两个一级衍射条纹峰值点的间距来进行对刀间隙测量的一种方法。测量过程中众多工艺参数的调整会对测量结果的精度产生重要影响。由于CCD装夹误差的存在, CCD像面实际安装位置相对于系统理想光轴法平面不可避免地会发生倾斜, 倾斜量的存在会导致检测结果不准确。为了研究CCD倾斜角度对衍射对刀精度的影响, 建立了含有CCD倾斜角度的激光衍射光强模型和一级次极大峰值点间距误差计算模型, 并提出了基于一级次极大峰值点间距的角度校正方法。通过实验确定了CCD像面最佳倾斜角度的工艺调整范围, 为有效提高激光衍射对刀的精度提供了依据。
激光衍射 一级衍射条纹 像面倾斜 laser diffraction first order diffraction stripes CCD CCD image surface tilt
1 长春理工大学，吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
对典型的光电跟踪系统进行结构分析，提出了改善机械结构谐振频率的方法， 以便提高光电跟踪系统的跟踪速度。研究了典型跟踪架的垂直轴系的结构， 认为单向止推轴系沿轴向的窜动限制了扭转刚度。提出了以双向止推密珠轴系结合定心轴系的结构形式设计垂直轴系，从而有效地提高了系统的刚度，改善了系统的机械谐振频率。对改进后的跟踪架进行了模态仿真分析，并通过振动及扫频试验获得了光电跟踪系统谐振频率特性曲线。实验结果表明，系统谐振频率达到114 Hz，为伺服系统实现高速跟踪时的稳定性和快速性提供了硬件基础。在舰面跟踪高速起降目标的试验中，该系统最大跟踪速度达到150(°)/s以上，加速度大于240( °)/s2，显示其光电跟踪能力显著提升。
光电跟踪系统 跟踪速度 机械谐振频率 双向止推轴系 photoelectric tracking system speed of tracking mechanical resonant frequency structure of double thrust bearing 光学 精密工程
2017, 25(11): 2889
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
针对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统的防护问题, 提出了一米量级尺寸的窗镜、镜框的设计、制造和检测的方法。首先, 对窗口材料的性能及强度进行分析, 依据内外压差、自身重量以及旋转惯性力对窗镜强度的影响确定其最小的厚度。其次, 依据指标要求分析设计窗镜、镜框的形变对窗镜等光程差的影响以及其环境适应性。然后, 采用等光程非平面的修磨方法对带镜框的窗镜进行加工及检测。最后, 成功研制出直径φ1 032 mm, 厚度80 mm, 通光口径φ1 010 mm 的融石英材料的窗口玻璃镜, 等光程差为RMS=0.062 8λ@632.8 nm。结果表明, 该窗镜能够对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统进行有效的防护。
光电跟踪系统 窗镜 光程差 反射式主系统 photoelectric tracking system optical window Optical Path Difference(OPD) reflective optical system
长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
针对制备衍射光栅时刻划平台倾斜导致的光栅槽型误差, 提出了一种基于图像清晰度检测与电动倾斜台调节的光栅刻划平台在线调平装置。建立了图像清晰度与光栅刻划平台倾角间关系的模型, 应用该模型, 控制光栅刻划平台在一定范围内实现了闭环动态调平。对上述理论研究进行了试验验证。试验结果表明, 该调平装置简单可行; 对于50 mm×50 mm的光栅毛胚, 调平装置可控制刻划平台的水平倾角在4″以内, 满足光栅刻划对平台定位精度的要求。该装置既可用于刻划前的调平准备, 也可推广应用于光栅刻划过程中的实时检测。
光栅刻划 光栅刻划平台 调平装置 图像清晰度测量 评价函数 grating ruling grating ruling platform leveling device image clarity measurement evaluation function
长春理工大学 机电工程学院，吉林 长春 130022
基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型，并逐一表征了相关参数。进行了79 g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验，验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设，并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较，结果显示，在有无基底条件下，压痕结果在应力方向上相差0.8倍，在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验，结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明: 理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程，有助于在实际光栅刻划过程中减小误差，对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。
光栅刻划 光栅铝膜 玻璃基底 本构关系 纳米压痕 grating ruling grating aluminum film glass substrate constitutive relationship nano-indentation 光学 精密工程
2015, 23(10): 2843
