传统的接触式加工不可避免地会在光学元件上产生亚表层损伤,而大气等离子体抛光(APPP)具有非接触、可定量去除、加工过程不受材料性能影响等优点,在光学加工领域有着巨大的应用潜力。但在实际加工过程中,光学元件加工后的收敛效果并不明显,经验证明去除量随驻留时间的变化呈非线性而导致了加工误差。针对这一问题,首先优化了加工参数;之后研究了加工原理以及加工残余物对后续加工的影响,分析了加工存在非线性效应的原因;提出了一种基于变去除函数的驻留时间算法,并进行了实验验证。结果显示,对尺寸为120 mm×65 mm×10 mm的熔石英光学元件进行变去除函数加工实验,面形峰谷值(PV)的平均收敛率由加工前的21.41%提升至加工后的60.52%,面形均方根值(RMS)的平均收敛率由加工前的24.13%提升至加工后的74.79%,实现了熔石英元件的高精度快速加工,验证了变去除函数加工的有效性。

大气等离子体抛光(APPP)是一种非接触式的化学刻蚀加工方法,具有效率高、成本低、精度高等优点,可以作为碳化硅(SiC)加工的一种有效手段。基于APPP气体放电理论和尖端电场畸变效应,分析了电极结构对等离子体放电稳定性和去除函数的影响;从理论上推导了APPP加工SiC的最优电极尖端半径,并进行了实验验证。在最优电极的基础上,系统分析了不同加工参数下APPP刻蚀SiC的去除函数的特性。通过优化电极结构和工艺参数,对直径为50 mm、初始面形误差峰谷(PV)值为475.846 nm、初始面形误差均方根(RMS)为124.771 nm的无压烧结碳化硅(S-SiC)进行加工,加工21 min后,S-SiC工件的PV值降低至103.510 nm,RMS值降低至12.148 nm,RMS收敛率达90.26%。实验结果显示:APPP加工SiC比大多数传统加工方法的效率更高。

全口径环形抛光中方形元件的材料去除率存在从中心到边角位置越来越大的现象,致使抛光工件出现塌角的面形,影响了方形光学元件的面形质量。基于Preston方程,通过改变元件的多种运动轨迹,计算了方形光学元件全口径的材料去除率分布。通过分析发现:使方形光学元件在保持原有自转的同时沿抛光模径向或与径向有一定夹角的方向摆动,且附加在元件整个抛光面上的运动速度保持一致时,可使方形元件的材料去除率分布得更均匀。通过附加这种运动方式可以有效控制方形元件的塌角现象。

采用热弹性模型, 对光学薄片点胶过程进行了有限元分析。对点胶后影响工件面形变化(Δp)的工艺参数进行了优化。研究结果表明, 对于光学薄片(直径为100 mm, 厚度为2 mm), 宜选择具有高弹性模量和低热膨胀系数的薄底板材料, 且胶点的半径、个数及弹性模量越小, Δp越小; 胶点位置应该避开高Δp区域; 胶点的热膨胀系数对Δp的影响较小。

针对基于机器视觉的大口径光学元件表面疵病检测系统在成像过程中存在因照明不均匀等因素造成的图像背景不均匀等问题，采用了基于形态学的图像背景校正算法，提出了结合图像梯度和最大类间方差法的图像分割算法，实验结果表明，所提算法对于一定模糊程度的疵病图像具有较好的抗噪性能以及较高的提取精度。