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Measurement of large aspheric surfaces by annular subaperture stitching interferometry 被引量:18
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作者 王孝坤 王丽辉 +3 位作者 龙海 张斌智 范镝 张学军 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第11期645-647,共3页
A new method for testing aspheric surfaces by annular subaperture stitching interferometry is introduced. It can test large-aperture and large-relative-aperture aspheric surfaces at high resolution, low cost, and high... A new method for testing aspheric surfaces by annular subaperture stitching interferometry is introduced. It can test large-aperture and large-relative-aperture aspheric surfaces at high resolution, low cost, and high efficiency without auxiliary null optics. The basic principle of the method is described, the synthetical optimization stitching model and effective algorithm are established based on simultaneous least-square fitting. A hyperboloid with an aperture of 350 mm is tested by this method. The obtained peak-to-valley (PV) and root-mean-square (RMS) values of the surface error after stitching are 0.433A and 0.052A (A is 632.8 nm), respectively. The reconstructed surface map is coincide with the entire surface map from null test, and the difference of PV and RMS errors between them are 0.031A and 0.005A, respectively. This stitching model provides another quantitive method for testing large aspheric surfaces besides null compensation. 展开更多
关键词 ALGORITHMS ASPHERICS INTERFEROMETRY Light measurement Mean square error
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面向多目标集成优化与二次烧结工艺的SiC反射镜组件超轻量化结构设计
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作者 谢新旺 龙海 +3 位作者 李延伟 李骏驰 张晓辉 李建杰 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-6,47,共7页
为了满足高精密空间光学设备超轻量化要求,运用参数优化技术、有限元分析与先进碳化硅(SiC)制造技术,提出了一种多目标集成优化与二次烧结工艺相结合的Φ600mm反射镜组件超轻量化结构设计方法。X、Z两个方向上的SiC反射镜面形的均方根值... 为了满足高精密空间光学设备超轻量化要求,运用参数优化技术、有限元分析与先进碳化硅(SiC)制造技术,提出了一种多目标集成优化与二次烧结工艺相结合的Φ600mm反射镜组件超轻量化结构设计方法。X、Z两个方向上的SiC反射镜面形的均方根值(RMS)、重量为优化目标,将反射镜轴向厚度、镜面厚度等参数作为设计变量,获得了轻量化率为90.55%的超轻量化反射镜结构;提出反射镜支撑结构同样采用SiC材料,利用二次烧结工艺方法,将两者直接烧结成型,减少粘接装配环节,获得了轻量化率为92%的反射镜组件;利用有限元分析与试验对超轻量化结构设计方法的正确性和合理性进行了验证。结果表明:在重力载荷、温度载荷、镜面加工残差的综合影响下,反射镜组件面形误差RMS值为10.034nm,优于12.6nm的设计要求,且动态刚度良好,满足使用要求。 展开更多
关键词 参数优化 超轻量化结构 面形误差 结构刚度
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超轻量化碳化硅扫描反射镜组件设计
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作者 龙海 李骏驰 +4 位作者 李延伟 谢新旺 周育乐 郑仲 李鑫 《光学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期641-645,共5页
为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度,提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法,实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅,支撑结构材料选择了... 为实现(165mm×96mm)矩形扫描反射镜组件的轻量化并保证反射镜面形精度与组件支撑刚度,提出了一种锥套柔节一体化的背部支撑方法,实现了重量小于0.5kg的超轻量化碳化硅反射镜组件设计。镜体材料的选择为碳化硅,支撑结构材料选择了铟钢。通过有限元仿真对扫描反射镜组件进行了仿真分析,并采用ZYGO干涉仪对实际的反射镜组件进行了检测。实验表明,在各方向重力的工况和轴系驱动时的扭矩作用下,扫描反射镜面形误差的均方根值(RMS)最大值为9.705nm,实际测试结果为10.125nm,误差为4%,满足RMS值优于12.6nm的要求;组件一阶固有频率302.25Hz,满足刚度要求。研究结果表明,锥套柔节一体化背部支撑方法合理、有效,解决了结构超轻量化与结构刚度、光学面形精度难以同时保证的难题。 展开更多
关键词 扫描反射镜 背部支撑 面形精度 支撑刚度
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空间光学载荷悬臂轻巧型光机系统设计
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作者 谢新旺 龙海 +3 位作者 李延伟 李骏驰 刘华秋 郭奥钿 《工程与试验》 2023年第4期53-56,共4页
为减轻空间光学载荷的体积与重量,并保证系统具有良好的温度适应性与动态刚度,设计了一种Φ400mm口径全SiC材料的悬臂轻巧型同轴光机系统。利用参数优化方法,将系统基频与反射镜面形精度RMS值作为优化目标,整机重量作为约束条件,支撑结... 为减轻空间光学载荷的体积与重量,并保证系统具有良好的温度适应性与动态刚度,设计了一种Φ400mm口径全SiC材料的悬臂轻巧型同轴光机系统。利用参数优化方法,将系统基频与反射镜面形精度RMS值作为优化目标,整机重量作为约束条件,支撑结构轴向厚度等相关参数作为设计变量,获得了三点悬臂式超轻同轴光机结构。通过仿真分析、振动试验与面形测试对悬臂式超轻同轴光机结构的合理性进行了验证,结果表明,光机系统重量仅为14kg,在20±4℃温度变化范围内系统波像差均为0.05λ(λ=632.8nm),系统基频为142.35Hz,与仿真分析结果138.04Hz相比,误差为3%,可以保证整机结构的稳定性。 展开更多
关键词 光学载荷 光机系统 面形精度 参数优化
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大口径超轻量化碳化硅反射镜超精密铣磨技术(特邀)
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作者 龙海 李延伟 +5 位作者 李骏驰 李鑫 黄贺 谢新旺 房圣桃 张斌智 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期23-30,共8页
在分析了超轻量化大口径碳化硅(SiC)反射镜(轻量化率≥90%)表面去除原理和难点的基础上,为了实现此类型反射镜的快速加工,提出了一种采用有限元分析进行验证的五轴高效超精密铣磨方法。通过对反射镜铣磨过程中产生共振的机理进行分析,... 在分析了超轻量化大口径碳化硅(SiC)反射镜(轻量化率≥90%)表面去除原理和难点的基础上,为了实现此类型反射镜的快速加工,提出了一种采用有限元分析进行验证的五轴高效超精密铣磨方法。通过对反射镜铣磨过程中产生共振的机理进行分析,解释了共振的原因,利用有限元分析方法进行仿真模拟,验证了加工过程镜面不会被破坏且系统不发生共振,设计环形工装支撑并对口径Ф510 mm、壁厚4 mm、轻量化率92%的SiC反射镜进行快速铣磨加工。反射镜初始面形峰谷(PV)值为956.1μm,镜面去除量为1 mm,加工时间仅为48 h,相较于人工研磨研制周期降低了90%。通过检测,反射镜面形PV值为3.5μm,满足反射镜抛光前面形精度优于4μm的要求。 展开更多
关键词 铣磨 SiC反射镜 有限元分析 超轻量化
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机载红外成像系统主支撑结构新型轻量化设计方法与应用 被引量:2
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作者 李延伟 龙海 +3 位作者 李玉龙 谢新旺 张景国 谢虹波 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期208-216,共9页
由于载机负载有限,质量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构,必须进行轻量化设计。但是,以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架... 由于载机负载有限,质量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构,必须进行轻量化设计。但是,以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的密度和线膨胀系数较高,这种轻量化设计方法的轻量化程度不高,且有时无法满足高精度光学系统无热化设计的要求。因此,提出了一种复合材料与金属材料相结合的新型轻量化设计方法,利用更低密度、更低线膨胀系数的碳纤维复合材料作为主支撑结构成型材料,钛合金作为对外接口材料,并以质量最轻为目标、基频为约束进行了参数优化设计,最后采用预浸料制造与铺放方法获得了更高轻量化、更优尺寸稳定性的主支撑结构。通过数值计算、仿真分析与振动试验对新方法的有效性进行了验证,结果表明:新型轻量化主支撑系统基频为425 Hz;质量为10.5 kg,轻量化率为33.5%;60℃均匀温升时轴向光学间隔变化量为0.021 mm,降低了84.9%。研究结果表明:新型轻量化设计方法合理、有效,解决了结构轻量化与光学无热化设计的难题,并应用到长焦距大口径机载红外成像系统中。 展开更多
关键词 轻量化 碳纤维 无热化设计 机载红外成像系统
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Manufacturing and testing of a cubic SiC surface
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作者 闫锋 范镝 +3 位作者 张斌智 龙海 李锐刚 张学军 《Chinese Optics Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第6期534-536,共3页
The free surface and unrotational-symmetric surface optical elements have been applied more and more widely along with the development of optical design technology, although they are still difficult for manufacturing.... The free surface and unrotational-symmetric surface optical elements have been applied more and more widely along with the development of optical design technology, although they are still difficult for manufacturing. In this letter, a SiC unrotational-symmetric aspheric surface whose surface equation is z =- 3λ(x^a + y^3) (λ= 0.6328μm) has been introduced. The tilt abstraction is adopted to minimize the material removal. The surface figures are peak-to-valley (PV) value of 0.327A and root-mean-square (RMS) value of 0.023A. A non-null testing method based on digital mask is proposed to test this surface. The accuracy of the method is testified by the experiment of standard sphere testing. 展开更多
关键词 Optical design Silicon carbide SURFACES
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大口径SiC离轴非球面的高效磨削加工 被引量:11
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作者 龙海 王孝坤 +4 位作者 李龙响 李丽富 张志宇 郑立功 张学军 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2497-2505,共9页
研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光... 研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光跟踪仪精磨阶段在线测量大口径离轴非球面的工艺。结合工程实践对一口径为700mm×700mm的SiC高次离轴非球面元件进行了逆向工程建模和超声磨削加工试验,并利用激光跟踪仪进行了在线检测。经过3个周期(每个周期4h)的修磨,其面形精度PV值和RMS值分别由45.986μm和7.949μm收敛至12.181μm和2.131μm;与三坐标测试结果进行对比,其PV值和RMS值的偏差分别为0.892 3μm和0.312 8μm。实验显示,提出的磨削工艺实现了大口径SiC离轴非球面的快速精确磨削,其加工精度、效率以及表面质量都有了很大的提高。 展开更多
关键词 光学制造 SiC离轴非球面 快速磨削 超声复合磨削 在线检测
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一种SiC非回转对称非球面的加工与检测 被引量:4
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作者 闫锋 范镝 +3 位作者 张斌智 龙海 李锐刚 张学军 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期135-139,共5页
针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法。该实验件的理想面形方程为z=3λ(x3+y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.6328μm),镜胚材料为Φ150mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合。在加工过程中为提高... 针对一种SiC材质的非回转对称非球面元件,本文介绍了该元件的加工和检测方法。该实验件的理想面形方程为z=3λ(x3+y3)(x,y为归一化坐标,λ=0.6328μm),镜胚材料为Φ150mm的SiC,加工方式为数控机床和手工研抛相结合。在加工过程中为提高加工效率缩短加工时间,选择平面作为最接近表面并认为去除了面形中的倾斜项。去倾斜之前最低点的材料去除量为3.8μm,而去倾斜后则为2.06μm。本文提出了一种新的基于数字模板的非零位检测方法。直接采用Zygo平面干涉仪检测工件,检测结果可以分为三部分:工件实际面形与理想面形的误差,工件理想面形与平面波前的误差和非共路误差。其中第二部分可以事先计算出来并转换为系统误差文件在检测过程中自动去除。通过在相同条件下检测一个已知的球面样板验证了非共路误差对于检测结果的影响可以忽略不计。由此在一次测量中可直接得到面形误差。实验结果表明,基于这种检测手段最后测得实验件的面形精度PV达到0.327λ,RMS优于0.025λ,达到设计要求。 展开更多
关键词 SIC 非回转对称 非球面 非零位检测 数字模板 面形精度
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