超精密自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)、加工及測量技術(shù)

序
前言
第1章 自由曲面光學(xué)超精密制造技術(shù)概述
1.1 自由曲面光學(xué)的發(fā)展
1.2 自由曲面光學(xué)組件
1.2.1 自由曲面光學(xué)組件的類型
1.2.2 自由曲面光學(xué)組件在光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
1.2.3 自由曲面光學(xué)組件的重要特征
1.2.4 自由曲面光學(xué)組件的加工工藝特征
1.3 自由曲面光學(xué)的特殊光學(xué)性能及應(yīng)用前景
1.3.1 特殊光學(xué)性能
1.3.2 應(yīng)用前景
1.4 超精密加工技術(shù)的發(fā)展
1.5 自由曲面光學(xué)組件的制造過程
1.5.1 光學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及評(píng)估
1.5.1.1 光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用研究
1.5.1.2 光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.5.1.3 光學(xué)透鏡原型試制
1.5.1.4 光學(xué)組件原型檢測與光學(xué)質(zhì)量評(píng)估
1.5.2 實(shí)際生產(chǎn)光學(xué)組件及產(chǎn)品光學(xué)質(zhì)量評(píng)估
1.5.3 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的探討
1.5.3.1 光學(xué)系統(tǒng)數(shù)學(xué)原型的構(gòu)成
1.5.3.2 光學(xué)成像質(zhì)量的數(shù)字化檢測
參考文獻(xiàn)

第2章 自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)
2.1 自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)概述
2.2 非球面光學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.2.1 光學(xué)成像系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
2.2.2 非球面的定義
2.2.3 非球面空間光線的追跡
2.2.4 非球面的初級(jí)像差
2.3 自由曲面光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.3.1 自由曲面光學(xué)組件的特征與數(shù)學(xué)表達(dá)式
2.3.2 自由曲面光學(xué)組件的光線追跡
2.3.2.1 貝塞爾裁剪法
2.3.2.2 光線.有理貝塞爾曲面的相交
2.3.2.3 NURBS曲面的光線追跡
2.4 光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化
2.4.1 評(píng)價(jià)函數(shù)
2.4.1.1 由幾何像差構(gòu)成的評(píng)價(jià)函數(shù)
2.4.1.2 由點(diǎn)列圖構(gòu)成的評(píng)價(jià)函數(shù)
2.4.1.3 由波差構(gòu)成的評(píng)價(jià)函數(shù)
2.4.1.4 由光學(xué)傳遞函數(shù)構(gòu)成的評(píng)價(jià)函數(shù)
2.4.2 最小二乘法
2.4.2.1 概述
2.4.2.2 阻尼最小二乘法
2.4.3 基因算法
2.5 光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評(píng)定
2.5.1 瑞利判據(jù)
2.5.2 點(diǎn)列圖法
2.5.3 光學(xué)傳遞函數(shù)法
2.6 自由曲面成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
2.7 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
2.7.1 輻射度學(xué)中的量
2.7.2 亮度學(xué)中的量
2.7.3 輻射度學(xué)與亮度學(xué)中量的對(duì)應(yīng)關(guān)系
參考文獻(xiàn)

第3章 超精密加工技術(shù)
3.1 超精密加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)
3.1.1 超精密主軸部件
3.1.2 機(jī)床床身布局與精密導(dǎo)軌部件
3.1.2.1 超精密加工機(jī)床的布局
3.1.2.2 床身和導(dǎo)軌材料的選用
3.1.2.3 導(dǎo)軌形式的選用
3.1.3 高精密度的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)-
3.1.4 機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的納米量級(jí)激光在線檢測系統(tǒng)
3.1.5 超精密加工機(jī)床的數(shù)控技術(shù)
3.1.6 機(jī)床隔振及環(huán)境控制系統(tǒng)
3.2 單點(diǎn)超精密切削技術(shù)
3.2.1 兩軸超精密加工機(jī)床
3.2.1.1 兩軸超精密加工機(jī)床Nanofom200
3.2.1.2 大型兩軸超精密加工機(jī)床
3.2.2 單點(diǎn)金剛石超精密切削原理
3.2.3 金剛石切削刀具的特性
3.2.4 切削參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響
3.2.4.1 刀具幾何參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響
3.2.4.2 切削用量參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響
3.2.5 非球面超精密加工及誤差補(bǔ)償技術(shù)
3.2.5.1 非球面透鏡的加工技術(shù)
3.2.5.2 非球面工件的誤差補(bǔ)償
3.3 光學(xué)自由曲面超精密加工技術(shù)
3.3.1 光學(xué)自由曲面加工原理
3.3.2 大型五軸超精密加工中心
3.3.3 切削加工工藝參數(shù)對(duì)加工表面質(zhì)量的影響
3.3.4 自由曲面加工刀具軌跡生成系統(tǒng)
3.3.4.1 自由曲面數(shù)學(xué)表示方法
3.3.4.2 光學(xué)自由曲面飛刀加工的刀位軌跡算法
3.3.4.3 自動(dòng)數(shù)控編程及其刀具軌跡仿真軟件
3.3.5 光學(xué)微透鏡陣列的超精密加工
3.3.5.1 FTS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與加工原理
3.3.5.2 FTS加工非軸對(duì)稱光學(xué)自由曲面過程
3.3.5.3 FTS加工光學(xué)微透鏡陣列過程
3.3.6 光學(xué)微溝槽的超精密加工
3.3.7 光學(xué)設(shè)計(jì)與制造一體化系統(tǒng)
3.4 超精密拋光自由曲面光學(xué)表面生成
3.4.1 自由曲面拋光
3.4.2 超精密拋光自由曲面
3.4.3 拋光策略建模與優(yōu)化
3.4.4 試驗(yàn)研究
3.4.4.1 A部分試驗(yàn)：拋光去除表面刀痕的效果
3.4.4.2 B部分試驗(yàn)：拋光策略對(duì)表面生成的影響
參考文獻(xiàn)

第4章 光學(xué)自由曲面超精密測量技術(shù)
4.1 概述
4.2 光學(xué)曲面形狀與表面粗糙度測量技術(shù)
4.2.1 接觸式激光干涉形貌測量法
4.2.2 非接觸式激光干涉形貌測量法
4.2.3 超高精度原子力測量三維輪廓儀法
4.2.4 超精密3D坐標(biāo)測量機(jī)
4.3 光學(xué)自由曲面形狀測量原理
4.3.1 形狀評(píng)定的數(shù)學(xué)模型
4.3.1.1 基準(zhǔn)曲面的重構(gòu)
4.3.1.2 測量面與基準(zhǔn)面的匹配
4.3.2 形狀誤差評(píng)定參數(shù)
4.3.3 形狀誤差評(píng)定的仿真、試驗(yàn)分析
4.3.3.1 仿真分析
4.3.3.2 試驗(yàn)分析
4.4 基于曲面固有屬性的自由曲面面形評(píng)定方法
4.4.1 表面數(shù)據(jù)采樣策略及曲面重構(gòu)指標(biāo)
4.4.1.1 測量規(guī)劃和采樣策略
4.4.1.2 曲面重構(gòu)和平滑指標(biāo)
4.4.2 超精密自由曲面通用評(píng)定方法的開發(fā)
4.4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果
4.4.3.1 非球面表面評(píng)定
4.4.3.2 微透鏡陣列表面評(píng)定
4.4.3.3 結(jié)果討論與未來工作
4.5 光學(xué)自由曲面表面粗糙度測量原理
4.5.1 光學(xué)表面形貌測量
4.5.1.1 多項(xiàng)式擬合法
4.5.1.2 濾波法
4.5.1.3 Motif法
4.5.1.4 分形法
4.5.2 穩(wěn)健高斯濾波的數(shù)學(xué)模型
4.5.3 穩(wěn)健高斯濾波算法的仿真分析及試驗(yàn)驗(yàn)證
4.5.3.1 仿真分析
4.5.3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證
4.6 光學(xué)自由曲面三維形貌測量系統(tǒng)軟件
4.7 光學(xué)自由曲面面形與表面粗糙度測量實(shí)例
參考文獻(xiàn)

第5章 超精密加工過程仿真及優(yōu)化
5.1 材致振動(dòng)
5.1.1 材致振動(dòng)的概念
5.1.2 微量切削力預(yù)測
5.1.3 動(dòng)態(tài)切削系統(tǒng)模型
5.2 表面粗糙度預(yù)測
5.3 加工過程仿真工件模型
5.3.1 工件模型
5.3.2 仿真數(shù)據(jù)記錄
5.3.3 刀具模型
5.3.3.1 刀具模型描述
5.3.3.2 刀具輪廓描述
5.3.3.3 刀具掃描體簡化
5.3.4 車削加工過程仿真
5.4 虛擬加工和檢測系統(tǒng)
5.4.1 VMIS體系結(jié)構(gòu)
5.4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境
5.4.3 加工系統(tǒng)設(shè)備建模方法
5.4.3.1 虛擬機(jī)床
5.4.3.2 虛擬測量機(jī)
5.4.3.3 虛擬刀具
5.4.3.4 虛擬夾具
5.4.4 虛擬加工模塊
5.4.4.1 刀具工件相對(duì)位置計(jì)算子系統(tǒng)
5.4.4.2 加工仿真子系統(tǒng)
5.4.5 虛擬檢測模塊
5.5 切削參數(shù)的優(yōu)化選擇
5.6 誤差補(bǔ)償
5.6.1 對(duì)刀誤差預(yù)測與補(bǔ)償
5.6.2 機(jī)床幾何誤差補(bǔ)償
參考文獻(xiàn)

第6章 自由曲面光學(xué)組件設(shè)計(jì)、加工及面形測量集成制造技術(shù)平臺(tái).
6.1 概述
6.2 集成制造系統(tǒng)
6.2.1 光學(xué)設(shè)計(jì)模組
6.2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模組
6.2.3 加工過程仿真與優(yōu)化模組
6.2.3.1 光學(xué)自由曲面自動(dòng)編程及刀具軌跡仿真軟件開發(fā)
6.2.3.2 加工過程仿真、精度預(yù)報(bào)、誤差補(bǔ)償及策略優(yōu)化
6.2.4 自由曲面測量與評(píng)估模組
6.2.4.1 連續(xù)自由曲面誤差評(píng)定算法
6.2.4.2 結(jié)構(gòu)型自由曲面誤差評(píng)定算法
6.3 成功應(yīng)用案例-
6.3.1 案例1：用于激光打印機(jī)的關(guān)鍵f-0透鏡型芯零部件
6.3.2 案例2：用于手機(jī)等微透鏡陣列背光板的光學(xué)微結(jié)構(gòu)
參考文獻(xiàn)

第7章 自由曲面光學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例
7.1 非球面成像系統(tǒng)
7.1.1 非球面在校正與孔徑有關(guān)的各區(qū)帶高級(jí)球差上的應(yīng)用
7.1.2 非球面在校正與視場有關(guān)的像差上的應(yīng)用
7.2 自由曲面成像系統(tǒng)
7.2.1 奧林巴斯自由曲面手機(jī)攝像鏡頭
7.2.2 自由曲面f-0透鏡激光掃描系統(tǒng)
?7.2.3 漸進(jìn)式自由曲面老花眼鏡的設(shè)計(jì)
7.2.3.1 單光眼鏡（單焦點(diǎn)眼鏡）
7.2.3.2 雙光眼鏡（雙焦點(diǎn)眼鏡）
7.2.3.3 三光眼鏡
7.2.3.4 漸進(jìn)眼鏡（多焦點(diǎn)眼鏡）
7.2.4 二元光學(xué)目鏡
7.2.5 三角棱鏡指紋儀鏡頭
7.2.6 多棱鏡一
7.2.6.1 視頻鏡頭照相物鏡設(shè)計(jì)
7.2.6.2 雙影鏡設(shè)計(jì)
7.2.6.3 柱面鏡設(shè)計(jì)
7.2.6.4 多棱鏡設(shè)計(jì)
7.2.6.5 蜂窩棱鏡設(shè)計(jì)
7.2.7 光電鼠標(biāo)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.3 自由曲面照明系統(tǒng)
7.3.1 LED準(zhǔn)直內(nèi)透鏡
7.3.2 LED準(zhǔn)直外透鏡
7.3.3 LED均勻照明二次光學(xué)器件
7.3.4 側(cè)面發(fā)光LED內(nèi)透鏡
7.3.5 側(cè)面發(fā)光LED外透鏡
7.3.6 LED二次光學(xué)組件
7.3.7 相機(jī)閃光燈的反光杯
7.3.8 自由曲面平板顯示背光源模塊的設(shè)計(jì)
7.3.8.1 手機(jī)背光源的基本結(jié)構(gòu)
7.3.8.2 輪廓漸變的自由曲面V形槽設(shè)計(jì)
7.3.9 汽車前照燈自由曲面反光鏡的設(shè)計(jì)
7.3.1 0LED路燈透鏡二次光學(xué)組件的設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)