基于光学性能评判的光学镜面定区域精准修形理论与工艺研究

现代光学技术的快速发展，对精密光学零件的需求激增。由于光学零件制造误差与光学性能之间缺乏明确的对应关系，目前制造误差指标的提出并没有科学依据；为了满足光学性能要求，往往会将加工要求提高，或者需要反复修研。针对现有技术手段的不足，本项目以光学制造误差与光学性能的相关性为着眼点，从数学和光学的理论层次上研究不同频率成分、不同分布形态制造误差对光学性能指标的定量影响，建立工艺参数、误差分布和光学性能三者之间的关系模型；以磁流变抛光作为加工手段，研究不同工艺条件对局域误差的控制能力，提出确定频段、确定区域光学制造误差的精准修形方法；项目的研究成果对于降低光学零件的加工难度和加工成本、提高加工效率具有重要意义，将为精密光学零件的工程化制造和相关光学系统的研制提供理论和工艺支持。

现代光学技术的快速发展，对精密光学零件的需求激增。由于光学零件制造误差与光学性能之间缺乏明确的对应关系，目前制造误差指标的提出并没有科学依据；为了满足光学性能要求，往往会将加工指标提高，或者需要反复修研。针对现有技术手段的不足，本项目深入研究了光学加工误差对调制传递函数、散射角、分辨率、能量集中度、散射损失比的影响规律，建立了基于二进频段划分的光学加工误差离散小波评价模型，能够根据应用场合的需要，确立各频段误差的加工要求；研究了光学制造误差频率成分的分布特征，通过连续小波变换分析方法确定出敏感频率成分误差的分布区域和形态，为局域误差的精准修形提供指导；分析了磁流变抛光工艺参数与制造误差的内在关系，研究了去除函数、走刀方式、走刀步距等参数对误差频率成分和分布形态的影响；采用理论分析、数值仿真和加工实验等方法，研究了磁流变抛光工艺参数与光学性能的内在关系；通过对扫描路径叠加高频运动，能够较好地抑制磁流变抛光卷积效应带来的中高频误差；通过改变局部分布区误差和环形分布区误差的定形、定位参数，研究了不同类型、不同形态局域误差对光学性能的影响，分析了误差区域的分解与融合方法；最后，采用基于光学性能评判和局域误差分析的磁流变抛光方法对球面样镜、非球面样镜进行修形实验，大幅提高了镜面精度，单次加工收敛比分别达到了3.74和5.78。项目研制的叠加高频运动的路径扫描装置已经集成到工程化的磁流变抛光机床中，开发的“光学表面误差评价及性能分析”软件具有功率谱密度计算、光学性能指标评价、加工面形误差预测、敏感频率成分误差分析、光学表面修形分析等功能，用于指导局域误差的磁流变修形加工。项目的研究成果能够在满足光学性能要求的基础上实现确定频段、确定区域光学制造误差的精准修形，为精密光学零件的工程化制造、相关光学系统的研制提供理论和工艺支持。