光學成像質量可控的自由曲面製造基礎研究

《光學成像質量可控的自由曲面製造基礎研究》是依託天津大學，由張效棟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光學成像質量可控的自由曲面製造基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張效棟
• 依託單位：天津大學

項目摘要

光學自由曲面具有改善光學成像質量的卓越特性，其製造已成為各國之間高技術領域競爭的焦點。光學自由曲面是光學工程與製造技術共同發展的產物，長期以來兩個領域都是以幾何精度為標準進行光學器件質量評價，而沒有從最終套用性能上進行真正地質量評價，難以滿足新一代光學自由曲面套用的需要。本項目提出光學自由曲面成像質量可控制造的新方法，建立面向波前像差分析的光學自由曲面數學描述模型，並以波前像差理論為紐帶，研究光學自由曲面波前像差與成像質量評價參數及面形補償量的映射模型，探索光學成像質量和加工質量的內在聯繫，建立光學自由曲面成像質量評價的綜合體系。提出面向最終成像質量及加工過程的光學設計方法，建立高精度成像質量評價的集成平台，及波前像差原位測量平台，實現光學自由曲面器件成像質量的可控制造，為光學自由曲面高精度製造和套用提供理論基礎和技術平台。

結題摘要

光學自由曲面具有改善光學成像質量的卓越特性，是光學工程與機械製造共同發展的產物。長期以來以幾何精度為標準進行光學器件製造質量評價，沒從最終性能上進行真正的質量評價，難以滿足新一代光學自由曲面套用需求。 項目提出光學自由曲面成像質量可控制造新方法，以波前像差理論為紐帶建立加工誤差項與波前像差之間的映射關係，實現了光學自由曲面器件與系統的光學性能可控制造。提出基於特定器件預加工的超精密工具機誤差測量和識別方法，實現光學性能直接測量與補償；分析表面切削紋理對光學性能影響規律，提出減小紋理角度或改變面間紋理夾角等方法提高系統光學性能；提出基於泰曼格林干涉以及光線偏折的光學自由曲面波前像差測量方法，利用Zernike多項式模型表征，有效實現了光學器件與系統波前像差測量；提出面形誤差和光學性能集成化測量方法，實現了面形誤差、光學指標及光學性能的綜合測量；提出基於光線偏折理論的自由曲面空間位姿定位方法，為商用輪廓儀提供自由曲面評價基準；提出近二次曲面自由曲面設計和性能可控制造的整體方案，首次實現了脆性材料自由曲面高效低損傷加工和套用，同時將系統整體性能提升至成像衍射極限，套用於兵器部二一一所重點項目中；提出了多面共體一體製造和光學性能集成式測量想法，實現了光學自由曲面離軸三反成像系統高性能製造，與中國兵器科學研究院建立項目合作。 項目共發表科技論文25篇，其中SCI收錄19篇（SCI二區論文8篇，三區論文10篇），EI收錄21篇；參加國際生產工程院(CIRP) 年會5人次，其他國際會議5人次，發表會議報告9次；申請國家發明專利7項，其中授權國家發明專利2項；參與項目碩士生6人、博士生6人，其中培養碩士生6人、博士生3人，獲研究生國家獎學金3人次、國際會議優秀論文2人次；項目負責人2016年入選天津大學“北洋青年學者計畫”，2017年獲“天津市濱海新區科技創新領軍人才”稱號。 研究成果涵蓋了光學自由曲面表面和系統的設計到具體套用的關鍵環節，從整體上保證了光學性能可控制造這一想法，為光學自由曲面的深入套用和推廣奠定了良好基礎。