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题名:
能动磨盘加工工艺及智能控制研究
作者: 范斌
学位类别: 博士
答辩日期: 2006-01-12
授予单位: 中国科学院光电技术研究所
授予地点: 光电技术研究所
导师: 杨力
关键词: 非球面 ; CMAC ; 神经网络 ; CCAL ; CCOS ; 三坐标 ; 中高频差
学位专业: 光学工程
中文摘要: 在大型光学系统中,非球面光学元件的采用能减少光学系统的复杂性、尺寸和重量从而有效的提高光学系统性能,因此,研制高质量的大尺寸高陡度非球面光学元件对空间光学、天文光学的发展有极为重要的意义,对此,本文开展了以大型非球面主镜计算机控制能动磨盘加工(Computer Control Active Lap)技术为核心的相关先进光学制造技术的研究。 相对于经典加工固有的局限和小尺寸磨具加工形成的局部中高频残差以及低加工效率,能动磨盘技术采用大尺寸刚性盘作为基盘,在周边可变应力的作用下,盘的面形可以实时的变形成所需要的面形以适配非球面的不同位置上的吻合研磨。因而能动磨盘研抛技术具有优先去除表面最高点或部位的特点,具有平滑中、高频差的趋势,可以很好地控制中、高频差的出现,有效的提高加工效率。围绕着大型非球面主镜计算机控制能动磨盘加工(Computer Control Active Lap)技术开展的主要研究工作和创新点包括: 1、根据能动磨盘的结构和工作特点,建立了基于Preston方程的能动磨盘加工去除函数模型、工件的能动磨盘磨削模型和加工的边缘效应模型,并分析了能动磨盘的加工特性。在Φ1300mm(F/2)非球面主镜能动磨盘加工(CCAL)实验中,以该模型预测的主镜加工面形与经高分辨Hartmann-Shack传感仪检测的实际面形基本吻合。 2、分别建立了基于Preston方程的能动磨盘与小工具数控加工的去除函数模型,分析了两种加工工具在主镜制造过程中的特性,并在Φ1300mm(F/2)非球面主镜加工实验的基础上,根据主镜面形ZYGO干涉仪和高分辨Hartmann-Shack传感仪的检测数据,利用功率谱密度(PSD)进一步探讨了这两种工具在主镜加工中所产生高频差。根据能动磨盘加工(CCAL)与数控加工(CCOS)各自的加工特性,提出了将能动磨盘加工(CCAL)与数控加工(CCOS)相结合的主镜加工工艺新方法,从而提高加工效率并有效地控制主镜加工中的中高频差。 3、建立了大型非球面三坐标的测量和原始检测数据的处理方法,对用该方法测量的原始数据进行了分析,并对该数据先后进行了补偿处理、单条径线倾斜和偏移剔除处理、再将处理后的数据用Gram-Schimdt正交化拟合出Zernike多项式的系数,剔除Zernike多项式的系数的倾斜项和常数项,使最终处理的检测面形与Hartmann-Shack检测的面形基本吻合,实现了大型非球面主镜研抛过程中接触式测量与光学测量的无缝衔接。 4、针对能动磨盘系统高度的非线形和复杂的光学加工任务要求,将CMAC神经网络引入了能动磨盘的变形控制。以能动磨盘面形参数作为CMAC神经网络的输入样本,伺服控制单元的脉冲电压作为CMAC神经网络的输出样本,通过对样本的学习使CMAC神经网络的输出满足精度要求,从而拟合出能动磨盘驱动电压与盘面变形的非线性关系,再将训练完成的网络作为控制器实现能动磨盘的智能控制。 5、从能动磨盘的面形几何方程出发,用麦可劳林公式对方程进行级数展开再对其进行Zernike多项式的变换,以变换后的多项式和对应的系数组成的数学模型来表征能动磨盘面形的变化。在由60单元微位移阵列传感器构成的能动磨盘面形检测平台上,将检测到的原始数据用最小二乘法剔除检测数据中的倾斜,再以最小二乘法拟合出表征磨盘面形变化的系数,提取系数中对能动磨盘面形变化起主要作用的四项系数,将此系数作为训练CMAC神经网络逆控制器的训练样本,从而建立了针对能动磨盘CMAC神经网络智能控制的磨盘面形表征和检测方法。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/154
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范斌. 能动磨盘加工工艺及智能控制研究[D]. 光电技术研究所. 中国科学院光电技术研究所. 2006.
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