基于机器学习的自研光学非球面抛光机床设计与应用

随着现代空间光学技术的飞速发展，非球面光学元件在光学系统中的应用越来越广泛，对于大到中等尺寸的非球面零件，需求一种高效、低耗且精密的加工设备和工艺。为此，计算机控制光学表面成形技术（Computer-Controlled Optical Surfacing, CCOS）及其基于该原理的抛光机床应运而生，以满足光学加工领域的高级要求。 本文主要聚焦于一项自主研发的光学非球面加工机床，对该技术的核心问题进行了深入探讨。作者首先对当前计算机控制小工具抛光的全球发展趋势给出了全面的综述，分析了国内外在光学材料超精密抛光领域的多种方法，并进行了对比和评估，旨在提升技术水平并寻求最佳实践。 文章进一步阐述了CCOS技术的基本原理，包括Preston假设和Robert A. Jones提出的卷积原理，通过这两个数学模型构建材料去除量函数和驻留函数模型。在此基础上，作者按照机床性能指标进行设计，提出了一种模块化和龙门立式五轴联动（X、Y、Z、A、C轴）的抛光机床结构，它能够处理直径500mm的圆盘或对角线长度为500mm的方形光学脆性材料，适用于各种光学元件的抛光，包括平面、球面和非球面。 在设计过程中，作者详细计算和确定了关键的机床设计参数，确保它们能满足性能标准。完成后，对机床的关键部件精度如重复定位精度和平行度进行了严格的检测。此外，作者还讨论了抛光过程中影响抛光效果的各种因素，如抛光参数的选择对最终结果的影响。 实验部分，作者在研发的计算机控制小工具抛光机床上对k9玻璃进行了实际抛光，通过激光球面干涉仪测量表面粗糙度，如Ra值（平均粗糙度）和RMS（均方根粗糙度）。结果显示，该机床成功达到了设计要求，光学零件的实验结果令人满意。 本文不仅详细介绍了计算机控制小工具抛光机床的研发背景、技术原理和设计过程，而且还展示了实际应用的成功案例，证明了这一技术在光学零件精加工领域的先进性和实用性。关键词“抛光”、“计算机控制”、“光学表面成型”、“抛光机理”和“机床”突出了文章的核心内容，强调了这项技术对于推动光学制造技术进步的重要性。