火焰抛光是一种运用于光学玻璃零件深加工的新技术, 通过分析温度对光学零件表面粗糙度(透过率)的影响, 以及温度对光学零件表面面型的影响, 制定电加热的光学零件火焰抛光工艺方法, 并通过正交实验制定K9光学零件的火焰抛光工艺参数。本项技术的实施可大幅度降低成本, 并减轻劳动强度, 提高工效, 有推广应用价值。

为了提高镜片的加工精度与效率,利用计算机控制光学表面成形技术(CCOS)的抛光方法对光学镜片进行抛光全过程动态仿真。根据Preston方程建立材料去除函数模型,对抛光过程中压力、转速以及工件与抛光磨头相对半径比对抛光去除速率的影响进行分析。为建立球面镜片的动态全过程仿真,结合卷积原理,推导加工残余误差与去除函数和驻留时间三者间的线性关系,根据镜片的对称性,将元素个数从2m+1点简化为m+1点,以提高运算效率。最后为获得仿真最小残余误差,采用非负最小二乘法求解驻留时间。结果表明,材料去除速率函数类似于高斯分布,抛光后能使镜片面形误差收敛,对模拟表面进行仿真,半径为100 mm的镜片其初始表面形貌粗糙度的均方根值从0.467 μm收敛到0.028 μm,轮廓最大高度从6.12 μm收敛到1.48 μm。对实测表面进行加工仿真同样令其表面形貌粗糙度的均方根值从3.007 μm收敛到0.107 μm,轮廓最大高度从160.73 μm收敛到13.76 μm,因此提出的驻留时间求解方法对于球面镜片抛光全过程动态仿真有一定的可行性。

在平面行星式研磨加工过程中, 研磨盘磨损的均匀性与光学镜片的研磨质量有密切关系。通过对光学镜片在平面行星式研磨加工过程中的运动规律进行分析, 建立了差动轮系条件下工件运动的轨迹和速度计算模型, 开发了Matlab仿真程序。结合生产实际, 对行星轮系条件下工件运动的轨迹和速度进行了仿真, 确定了研磨机速比对研磨盘磨损均匀性的影响规律: 当速比I1<-1.5时, 镜片的运动轨迹在较短时间内遍布研磨盘各处, 研磨盘得到均匀磨损, 加工质量和加工效率较高。基于仿真结果, 通过优化工艺参数, 获得了厚度一致性小于0.002 mm, 平行度小于0.002 mm的高质量光学镜片。

高精度光刻物镜中的光学透镜在自身重力以及装夹预紧力的作用下，面形会发生变化，从而会对光学系统各种像差造成影响。在考虑透镜自重的情况下，研究了镜片夹紧方式及夹紧力对其像差的影响规律。分别在镜片顶面和侧面施加2~6点均布、均匀载荷，且每种加载情况下夹紧力线性增大，通过有限元仿真计算出各种受力情况下的镜面变形；将变形量数据用66项标准Zernike多项式进行拟合，分析载荷均布点数以及载荷力大小对透镜像差的影响。分析结果表明：各种加载工况下透镜像差中的重要影响项皆为平移、离焦、球差和nfoil（n为均布载荷点数）；重要影响项所对应Zernike多项式的系数变化与夹紧力变化呈线性关系。分析结果为补偿透镜像差提供了依据，并能指导像差校正的透镜设计。