光学曲面表面形貌的重构与评价

发布时间：2017-06-05 08:08

  本文关键词：光学曲面表面形貌的重构与评价，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：非球面及自由曲面光学零件能够有效的校正像差、改善成像质量、扩大光学系统的视场,并使光学系统结构大大简化、重量减轻,使得非球面及自由曲面光学零件在军事、医疗、航空航天等行业的需求日益增高。然而由于非球面及光学自由曲面复杂的几何特征和光学特性,导致其设计、加工及评定的难度大大提高,极大程度的限制了其在民用领域的发展。因此开展非球面表面形貌的重构与评价的研究十分必要。在自由曲面加工方面,近年来三维椭圆振动切削由于其摩擦力逆转与间歇性切削的特点,被认为是最有前途的加工方法,有着广阔的应用空间。而关于三维椭圆振动切削加工表面形貌研究方面却鲜有报道,因此本文在测量与重构技术研究基础上,针对三维椭圆振动切削的表面形貌展开了检测与评价研究。首先,本文搭建了在位测量实验平台并完成了测量轨迹的规划。通过在位测量装置实现了椭圆振动切削表面形貌的在位测量,并利用移动最小二乘法对测量的离散数据点进行拟合,得到了拟合后的法向补偿方向,对重构后的表面进行半径误差补偿,得到的面形为光学表面评价奠定了基础。其次,利用小波包分析,通过小波包的分解和重构,得到了表面形貌的高频误差(表面粗糙度)和低频误差(面形误差)。基于小波包分析,并通过对表面粗糙度、PV值、均方根误差等表面评价参数的计算,揭示了椭圆振动切削中振动参数对表面形貌的影响规律,对切削过程中振动参数的选取进行了定量的分析。最后,通过对三维椭圆振动切削参数的研究,选取影响三维椭圆振动切削表面形貌的主要参数进行变量设计,根据三维椭圆振动切削参数的实际切削条件对各变量进行了约束,以最大残留高度为优化目标,建立三维椭圆振动切削参数的优化模型。通过遗传算法对椭圆振动切削参数进行优化,为实际加工提供一定的理论指导。
【关键词】：三维椭圆振动切削 在位测量 曲面重构 切削参数优化
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74;TG806
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题概述8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 本文的研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-19
• 1.2.1 光学自由曲面测量技术的发展现状9-13
• 1.2.2 曲线曲面重构13-16
• 1.2.3 表面几何形貌的评定方法16-18
• 1.2.4 切削参数优化现状18-19
• 1.3 本论文主要研究内容19-20
• 第二章 光学曲面的重构20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 表面形貌的在位测量20-23
• 2.2.1 在位测量的优势20-21
• 2.2.2 在位测量实验台搭建21-22
• 2.2.3 在位测量过程22-23
• 2.3 测量轨迹规划23-26
• 2.3.1 线测量轨迹规划23-25
• 2.3.2 面测量轨迹规划25-26
• 2.4 表面形貌的重构26-34
• 2.4.1 最小二乘原理与移动最小二乘法原理26-28
• 2.4.2 紧支权函数28-30
• 2.4.3 支持域的划分30-32
• 2.4.4 正弦函数的移动最小二乘与最小二乘拟合32-34
• 2.5 算法实例34-36
• 2.5.1 非球面母线的测量与重构34-35
• 2.5.2 非球面测量与重构35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 光学曲面表面形貌的评价37-56
• 3.1 表面形貌的特征及其形成的影响因素37-38
• 3.2 表面形貌对光学性能的影响38-39
• 3.3 小波分析39-40
• 3.4 小波包分析40-43
• 3.4.1 小波函数的选择40-42
• 3.4.2 分解层数的确定42-43
• 3.5 基于三维椭圆振动切削复杂曲面表面形貌分析43-55
• 3.5.1 加工表面粗糙度定义43
• 3.5.2 表面形貌中面形误差的定义43-44
• 3.5.3 椭圆振动短轴对表面粗糙度及面形误差的影响44-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 切削参数的优化56-64
• 4.1 三维椭圆振动切削表面形貌形成的影响因素56-58
• 4.2 三维椭圆振动切削的参数优化58-63
• 4.2.1 遗传算法59-60
• 4.2.2 优化数学模型的建立60-61
• 4.2.3 优化结果61-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64
• 5.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 作者简介72
• 攻读硕士学位期间研究成果72

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