作者单位
摘要
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
2 微纳制造实验室,天津 300072
工件的表面质量对零件可靠性、质量和使用寿命的影响至关重要。尽管各种基于计算机视觉的目标检测框架已经被广泛应用于工业表面缺陷检测场景,但由于面型的影响以及缺陷之间的混叠性,超精加工工件表面缺陷检测仍然具有挑战性。因此,提出了一种频率嵌入双分支参数预测网络来预测滤波参数,滤除掉型面信息从而使得缺陷特征更加显著。基于智能型面分析的预处理后,提出了一种基于级联区域神经网络感受野增强缺陷检测网络,将可变形卷积间隔地替换到高效网络的卷积模块中,有效地提高了主干网络特征提取的能力,然后重新选择特征图组成新的特征金字塔网络以提高效率,进一步提高网络性能。此外,还构建了具有滤波参数标注信息的滤波参数数据集UPP-CLS和具有缺陷类别及位置的缺陷检测数据集UPP-DET。模型在UPP-CLS上达到了85.36%的准确性,相较于现有网络提升3~5个百分点;在UPP-DET上达到了0.862的平均精度,相较于现有网络提升5.3%~7.8%。模型整体性能优于主流网络结构。源代码将在https://gitee.com/zihaodl/detect_app上开源。
超精密加工 计算机视觉 缺陷检测 型面分析 
激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2412006
彭云峰 1,2何佳宽 1,2,*黄雪鹏 1,2刘佳明 1,2[ ... ]王竞航 1
作者单位
摘要
1 厦门大学航空航天学院,福建 厦门 361005
2 厦门大学深圳研究院,广东 深圳 518057
Overview: Driven by the rapid development of national optical projects such as laser nuclear fusion and aerospace telescopes, as well as high-end civilian fields such as advanced instruments and optical lenses, the requirements for full-frequency domain processing errors and surfaces of optical components are becoming more and more stringent. At this stage, the optical components generally need to go through rough grinding, fine grinding, polishing and coating, and other processes, and their surface quality mainly depends on the defect removal ability and error control level of the polishing process. Whether the fine grinding process can obtain better surface shape accuracy and low surface/subsurface damage suppression determines the processing efficiency, and the ultra-precision processing manufacturing equipment is the premise of the realization of ultra-precision machining of the optical components. So far, all countries in the world have invested in the research and development of optical ultra-precision grinding and polishing technology, and have developed more relatively mature high-precision grinding and polishing equipment, which can better meet the processing needs of most of the current optical components. For the core equipment and key technologies required for ultra-precision manufacturing, China has long relied on imports. In order to break through the bottleneck restricting the development of ultra-precision technology in China at this stage, under the traction and drive of the national large-scale engineering project, China has made remarkable progress in optical ultra-precision manufacturing equipment and technology. However, for the optical ultra-precision technology and equipment, there is still a certain gap between China and the international advanced level, and it is necessary to continue to strengthen the research. In addition to the high-end grinding and polishing equipment necessary for the ultra-precision machining of optical components, it is also necessary to strengthen the technical level of a series of key supporting units, such as ultra-precision grinding and polishing processing technology, high-end key functional components, intelligent monitoring technology of processing environment, efficient ultra-precision machining tools, processing and inspection path planning and compensation processing strategies, computer-aided manufacturing and testing software, etc. The research, development, and application of these technologies are related to the development of high-end manufacturing in the civilian fields and national defense fields, and are also the focus of the country. This paper mainly focuses on the ultra-precision machining of large-diameter optical aspherical components. Starting from the grinding and polishing process route, this paper introduces the long-term research progress of the Precision Engineering Laboratory of Xiamen University in the field of large-diameter optical aspherical component processing, and introduces in detail the technical and system achievements such as ultra-precision grinding and polishing equipment, robot-assisted grinding and polishing, equipment intelligent monitoring system, processing technology and control software.
超精密加工 磨抛装备 加工工艺 CAM软件 ultra-precision machining grinding and polishing equipment processing technology CAM software 
光电工程
2023, 50(4): 220097
作者单位
摘要
1 武汉理工大学 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉430070
2 南方科技大学 机械与能源工程系,广东深圳518005
为实现小曲率凹球面光学玻璃的高效超精密抛光,充分发挥旋转磁场下磁性混合流体兼具黏度和粒子动态分布的特点,提出了一种新型半球头抛光装置。使用Ansoft Maxwell仿真分析轴向充磁圆柱永磁体及其上方分别加装平面铁块和凹面铁块3种磁源结构下的磁场分布,发现加装凹面铁块能强化“边缘效应”,获得更集中分布的大磁场区,进一步仿真优化磁体尺寸和偏心距。比较不同抛光液组分和磁体偏心距下的磁性混合流体行为,确定了抛光液的最佳组分以及磁体偏心距。最后,对曲率半径为15.4 mm、中心深度为2.24 mm的凹球面K9玻璃进行抛光实验,90 min后,面形精度RMS由0.719 μm降低至11.7 nm,表面粗糙度Ra由0.552 μm降低至9.656 nm。新型抛光装置能够实现小曲率凹球面工件的高效纳米级抛光。
超精密加工 磁性混合流体 小曲率凹球面 边缘效应 磁场优化 抛光液行为 ultra-precision fabrication magnetic compound fluid concave spherical surface with small curvature corner effect magnetic field optimization behavior of polishing fluid 
光学 精密工程
2023, 31(9): 1314
作者单位
摘要
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,微纳制造实验室,天津 300072
介绍了玻璃光学元件精密模压成形技术的原理、玻璃材料、模具制造、模具表面镀膜、结合有限元仿真的模压工艺优化和模压成形设备等核心技术的研究进展,并讨论了当前存在的问题。通过探讨玻璃模压成形技术在自由曲面、微结构、衍射结构表面和晶圆阵列等光学元件中的应用现状,对玻璃元件精密模压成形技术的发展趋势和挑战进行了展望。
光学设计 光学玻璃 非球面透镜 自由曲面透镜 超精密加工 玻璃精密模压 微结构制造 
光学学报
2023, 43(8): 0822011
作者单位
摘要
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台,上海200092
极紫外、X射线为微观物质认识、宏观空间探测提供了高精度的观测手段,但这类观测的实现需要大量高精度光学反射元件的支撑。由于极紫外、X射线在光学表面更易发生散射,其光学反射镜基底的精度需求和制作技术也明显区别于长波元件。近年来,同济大学精密光学工程技术研究所建立了极紫外、X射线反射元件基底的超精密加工与检测平台,研发了超光滑非球面的离子束修形技术,提出了基于泽尼克多项式的随机离轴旋转绝对检测方法,形成了极紫外、X射线光学用反射镜基底的高精度全流程研制技术,并将该技术成功地应用于国内和国际短波光学大科学装置中。本文综述了本课题组在极紫外、X射线用反射镜制作领域中的研究进展。
超精密加工 极紫外 X射线 反射镜基底 非球面元件 绝对检测 ultra-precision machining extreme ultraviolet X-ray reflector substrates aspheric surface absolute measurement 
光学 精密工程
2022, 30(21): 2688
作者单位
摘要
上海交通大学 机械与动力工程学院, 上海200240
为了提高微透镜阵列单点金刚石车削的加工精度与一致性,提出了加工误差的理论模型,并针对其补偿方法进行了理论分析和实验研究。将微透镜阵列加工等效为自由曲面加工,通过建立单点金刚石慢刀伺服切削模型,计算了理论曲面在每一个切削点处沿切削方向的曲率半径;结合刀具等效倾斜角模型和机床加工时延模型,进一步得到了慢刀伺服切削微透镜阵列误差面形的理论预测值。然后,使用原位测量设备测量处理得到实际加工误差,将面形误差理论值与实际加工误差测量值比较,并将面形误差理论值预补偿到加工程序中。实验结果表明,面形误差理论值与实际加工误差测量值具有一致性,两者偏差在[-0.7 μm,0.3 μm];补偿加工后微透镜阵列的PV值从5.4 μm降低到0.6 μm。所提出的微透镜阵列的单点金刚石车削加工与补偿方法能够预测误差面形,显著提升面形精度与一致性。
超精密加工 微透镜阵列 单点金刚石车削 慢刀伺服 原位测量 加工补偿 ultra-precision fabrication micro-lens array single diamond turning slow slide servo in situ measurement machining compensation 
光学 精密工程
2022, 30(7): 813
作者单位
摘要
1 华中科技大学 机械科学与工程学院,湖北武汉430074
2 北京航空精密机械研究所,北京100076
研制了一款高频响、高精度及大驱动力的压电驱动型快速刀具伺服(Fast Tool Servo,FTS)装置,采用广义圆锥线拟合的柔性铰链构造新颖的柔性机构,通过对称布置的结构消除柔性刀架工作过程中在非期望运动方向的耦合误差,并对机构的运动学特性进行了综合建模。综合考虑装置行程和固有频率的设计目标,基于改进的BP神经网络优化算法,对柔性机构的结构尺寸进行了多目标优化设计。使用优化后的结构参数建立FTS装置的三维模型并通过ANSYS软件进行有限元分析,分析结果表明,优化后的柔性机构可以达到预期性能要求,验证了该优化算法的可行性。最后,进行了实验样机的制造和性能测试,进一步验证了FTS装置的优化设计结果。测试结果表明:FTS装置的固有频率超过7.6 kHz,标称行程约为6.4 μm,分辨率约为12 nm,跟随精度约为0.3 μm,静态和动态性能均符合设计目标。
超精密加工 快速刀具伺服装置 柔性刀架 优化设计 有限元分析 ultra-precision manufacture fast tool servo flexible tool holder optimized design finite element analysis 
光学 精密工程
2022, 30(1): 78
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心, 上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
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。
材料 大气等离子体抛光 去除函数 超精密加工 熔石英 
中国激光
2021, 48(24): 2403002
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨5000
2 中国科学院 高能物理研究所 中国科学院粒子天体物理重点实验室,北京100049
X射线聚焦镜用于收集和汇聚宇宙中X射线辐射,是X射线天文卫星观测载荷的核心部件。本文采用镍基底电铸复制方法,在包括化学镀镍磷合金、模具超精密加工、模具镀膜、电铸镍基体以及脱模的全工艺链上进行了大量工艺探索和装备研发,并最终完成了X射线聚焦镜的批量超精密制造。实验结果表明,聚焦镜模具加工精度-表面粗糙度小于0.5 nm RMS,面形精度优于0.5 μm,镜片角分辨率为33.5″HPD(能量半高宽),验证了工艺的可靠性和先进性。
X射线光学 Wolter聚焦望远镜 掠入射 电铸复制 超精密加工 X-ray optics Wolter focusing telescope glancing incidence electroforming replication ultraprecision machining 
光学 精密工程
2021, 29(8): 1839
作者单位
摘要
1 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 浙江省机器人与智能制造装备技术;重点实验室,浙江宁波3520
2 宁波远景汽车零部件有限公司,浙江宁波31537
3 重庆长安汽车股份有限公司,重庆40002
为研究BK7玻璃孔加工过程中出口破损的形成机理,本文在对破损形貌进行显微观测的基础上,基于断裂力学理论,分析了工件加工面所受载荷随裂纹扩展过程的演变规律及其对出口破损形成过程的影响;采用光滑质点流体动力学法对出口破损的形成过程进行了数值模拟,研究了出口破损的形成机理。结果表明:出口破损可分为初始裂纹区及扩展裂纹区,挤压载荷和弯矩的耦合作用驱使初始裂纹沿圆周方向扩展,显著增加了裂纹的倾斜角度和破损宽度,导致破损表面产生大量散射状条纹;借助光滑质点流体动力学法实现了对出口破损形成及脱落过程的数值模拟,发现初始裂纹贯穿整个未穿透厚度,刀具的瞬时切削力减小了78%;并且随着裂纹间歇性地沿圆周方向扩展,刀具切削力呈现出剧烈的周期性波动特征。
超精密加工 BK7玻璃 孔钻削 出口破损 光滑质点流体动力学法 ultra-precision machining BK7 glass hole drilling exit-chipping smooth particle hydrodynamic method 
光学 精密工程
2021, 29(1): 110

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