在保證像質的前提下，非球面元件的採用可以減少光學系統的複雜性、尺寸以及重量，特別針對大口徑空間遙感器，非球面元件的採用意義尤爲重要。目前，隨着民用資源調查以及國防軍事要求的提高，要求空間相機的視場越來越大、分辨力越來越高，以美國最先進的KH-13空間相機爲例，其地面分辨力可達到了0.1米的水平。我們正在開展研製的寬覆蓋詳查相機其技術指標也瞄準了國際最爲先進的技術水平，作爲相機中的關鍵部件-大尺寸離軸非球面光學元件的製造是相機研製的關鍵攻關技術。 本文采用以計算機控制光學表面成形(Computer ControlledOptical Surfacing)技術爲核心的大尺寸非球面光學元件製造技術，依靠自行研製的非球面數控加工中心、雙測頭面形輪廓儀等關鍵設備，在對以往非球面數控制造技術繼承與發展的基礎上開展了對大尺寸離軸非球面元件製造技術的研究。本文以空間寬覆蓋詳查相機中關鍵光學元件—離軸三鏡試驗件的製造任務爲主線開展了以下幾個主要方面的研究工作。
第一章 緒 論13-32
1.1 引言13-14
1.2 課題研究目的及意義14-16
1.3 非球面加工方法介紹16-27
1.3.1 輕量化技術16-19
複製技術(Replication Lightweight Technology)17-18
“面片”技術 (Facesheet Lightweight Technology)18
蜂窩狀結構(Honeycomb technology)18-19
1.3.2 非球面的銑磨成型技術19-21
1.3.3 非球面的研磨、拋光技術21-27
計算機控制拋光(Computer Controlled Optical Surfacing)21-23
應力拋光技術(Stress Lap Polishing)23-24
磁流變拋光技術(Magnetorheological Finishing)24-26
離子束拋光(Ion Beam Milling)26-27
離軸非球面鏡製造技術27
1.4 非球面面形檢測方法27-30
1.4.1 輪廓測量27-29
1.4.2 斜率測量29
1.4.3 零位補償檢驗29-30
1.4.4 非零位檢驗30
1.5 本文的主要研究內容30-32
第二章 離軸非球面初始球面及磨盤參數的確定32-54
2.1 簡 介32-35
2.2 離軸非球面度及最接近球面曲率半徑的求解35-39
2.3 CCOS製造技術中小磨頭的結構及參數優化設計39-53
2.3.1 計算機控制光學表面成形技術的數學模型39-41
2.3.2 磨頭工作函數的計算機模擬及優化設計41-53
行星運動磨頭參數及結構的優化設計41-47
平轉動方式下拋光盤的去除函數47-51
研磨材料工藝實驗51-53
2.4 本章小結53-54
第三章 研磨階段測量方法的研究54-79
3.1 簡 介54-55
3.2 雙測頭輪廓儀的構成55-60<div
3.2.1 測量單元55-57
3.2.2 控制單元57
3.2.3 軟件單元57-60
3.3 雙測頭輪廓儀測量原理60-71
3.3.1 測量過程描述60-61
3.3.2 測量原理61-63
3.3.3 測量結果中線性誤差的去除63-66
3.3.4 測頭直徑的三維補償66-67
3.3.5 雙測頭輪廓儀測量精度分析67-71
3.4 面形誤差的SHEPARD插值處理71-74
3.5 基於SHEPARD插值模型的CCOS研磨實驗74-78
3.6 本章小結78-79
第四章 拋光階段面形檢測方法的研究79-97
4.1 簡 介79-80
4.2 零位補償檢驗的原理80-81
4.3 零補償器的`類型81-83
4.4 補償檢驗中的一些注意事項83-84
4.5 零位補償器的設計84-91
4.6 零位補償檢驗中調整誤差對測量結果的影響91-96
4.7 本章小節96-97
第五章 矩形離軸非球面的製造97-114
5.1 簡介97
5.2 離軸三鏡的研磨97-104
5.2.1 初始球面的確定97-100
5.2.2 離軸非球面的研磨100-104
5.3 離軸三鏡的拋光104-113
5.3.1 溫度可控拋光盤的製備106-107
5.3.2 三鏡的拋光107-113
5.4 本章小結113-114
第六章 結論及工作展望114-116
參考文獻116-125
致 謝126
