消旋檢測(cè)系統(tǒng)像差校正衍射元件的加工分析

呂宏+高明+劉彥清

摘要： 基于一種檢測(cè)機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)的紅外光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正。通過(guò)控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型，使用金剛石單點(diǎn)車(chē)削技術(shù)（SPDT）進(jìn)行衍射元件的高精度加工，并對(duì)影響衍射元件加工精度及加工工藝因素進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 消旋檢測(cè)； 像差校正； 衍射元件； 金剛石單點(diǎn)車(chē)削

中圖分類(lèi)號(hào)： TH 745文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.003

引言在機(jī)載光電跟蹤系統(tǒng)的工作過(guò)程中，陀螺穩(wěn)定平臺(tái)框架的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起光學(xué)系統(tǒng)和成像器件相對(duì)載機(jī)的運(yùn)動(dòng)，造成成像畫(huà)面的旋轉(zhuǎn)，為了保證飛行員的觀察和操作，需要增加相應(yīng)的圖像消旋系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)像進(jìn)行補(bǔ)償[13]。為保持消旋光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在系統(tǒng)中應(yīng)用非球面和衍射面，由于衍射光學(xué)元件所具有的高衍射率以及色散特性，給光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的設(shè)計(jì)自由度和更多的材料可選性，同時(shí)，衍射元件的精度也是影響消旋光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。在紅外消旋光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用衍射元件可消色差和復(fù)消色差，采用非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正[45]。目前國(guó)內(nèi)外都采用單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)來(lái)加工衍射面，在色差校正和無(wú)熱化中，由鍺和硒化鋅、硫化鋅等材料制造的紅外衍射光學(xué)元件大多通過(guò)單點(diǎn)金剛石車(chē)削加工得到，這種技術(shù)可以直接加工出連續(xù)面型的衍射面，并且有加工精度高、效率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)[610]。本文基于機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用非球面補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)出高精度衍射面面型，設(shè)計(jì)的紅外系統(tǒng)是采用ZnS為材料的衍射面，為提高面型精度，對(duì)非球面進(jìn)行了程序補(bǔ)償，在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面繼續(xù)加工，并結(jié)合加工實(shí)驗(yàn)討論了影響衍射元件精度的工藝因素。1數(shù)學(xué)描述對(duì)單點(diǎn)金剛石加工而言，衍射面的基面無(wú)論是球面或是非球面，都是將相位信息與基面迭加后的輪廓一次加工成形，加工難度和加工成本是一樣的。考慮到對(duì)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，用于成像的折衍射透鏡，其基面一般設(shè)計(jì)為非球面。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面面型公式表示為Z1=Y2/R21+1-（1+K）Y2/R2+A4Y4+A6Y6+…+ANYN（1）式中，Z1為矢量高度，R為頂點(diǎn)曲率半徑，Y4、Y6等為徑向坐標(biāo)，A4、A6等為非球面系數(shù)，K為二次曲面系數(shù)。

消旋檢測(cè)系統(tǒng)像差校正衍射元件的加工分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)程序補(bǔ)償?shù)姆乔蛎妫嫘途群芨?，證明此時(shí)機(jī)床及刀具狀態(tài)良好。在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面程序繼續(xù)加工，在補(bǔ)償后的非球面基礎(chǔ)上，將程序更換為衍射面程序，就可得到表面形貌良好的衍射面面型。3工藝因素分析金剛石車(chē)床加工衍射面的本質(zhì)在于車(chē)床的高主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌直線精度，利用程序驅(qū)動(dòng)金剛石刀具沿特定軌跡由衍射元件邊緣走刀到中心位置。因此，刀具的選擇、調(diào)試直接影響到衍射元件的表面形貌。對(duì)于衍射元件，只要刀具半徑不為零，都會(huì)導(dǎo)致各衍射環(huán)帶突變位置的不完全車(chē)削，產(chǎn)生遮擋效應(yīng)。遮擋效應(yīng)會(huì)破壞衍射面面型的完整性，造成光能量的透過(guò)率損失，透過(guò)率損失的攔光面積計(jì)算公式可表示為L(zhǎng)=4D2λMrct（NM-1）∑ct1c（5）

Fig.3Blocking effect式中，D為衍射元件的有效口徑，r為刀具曲率半徑，ct為衍射環(huán)帶個(gè)數(shù)，c為衍射環(huán)帶序數(shù)。圖3表示衍射過(guò)渡區(qū)的效率遮攔，陰影部分為圓弧形刀具造成的遮擋效應(yīng)。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的衍射元件有效口徑為26 mm，結(jié)合上述圖1可以看出，系統(tǒng)使用的衍射元件有10個(gè)環(huán)帶，用0.2 mm的圓弧形刀具加工，計(jì)算出透過(guò)率損失約為0.055，即能量損失率為5.5%。根據(jù)式（5）可知，在衍射元件輪廓參數(shù)已定的條件下，通過(guò)減小刀具半徑和更換折射率更大的材料可以減小陰影部分的面積，降低遮擋效應(yīng)造成的衍射元件面型誤差及透過(guò)率損失。程序控制下的刀具在零件上最終位置是零件回轉(zhuǎn)中心，若裝調(diào)時(shí)刀具位置參數(shù)設(shè)置超過(guò)中心或不到中心，會(huì)使加工后的零件曲率中心交叉或分離，如圖4所示，說(shuō)明刀具裝調(diào)誤差會(huì)導(dǎo)致衍射結(jié)構(gòu)的環(huán)帶位置偏差。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)件的切削、檢測(cè)和補(bǔ)償，調(diào)整刀具位置參數(shù)到零件中心，從而減小了衍射環(huán)帶的偏差對(duì)面型精度的影響。表2給出了實(shí)際加工中進(jìn)給速率和切削深度對(duì)粗糙度影響的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，在進(jìn)給速率和切削深度量值合理的范圍內(nèi)，影響粗糙度的主要因素是進(jìn)給速率，而切削深度對(duì)粗糙度影響較小。

綜上可知，合理的刀具半徑，刀具調(diào)試是保證面型精度的前提。通過(guò)降低進(jìn)給速率和增加切削深度可以在保證加工效率的同時(shí)得到較小的表面粗糙度。4結(jié)論衍射元件的精度是影響光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，為了實(shí)現(xiàn)消旋檢測(cè)系統(tǒng)高精度的表面形貌，引入衍射元件。文中充分發(fā)揮單點(diǎn)金剛石精密車(chē)削加工技術(shù)在制造紅外衍射光學(xué)元件中的作用，模擬出的非球面與衍射相位的擬合模型，結(jié)合非球面系數(shù)及衍射位相系數(shù)進(jìn)行分析，并重點(diǎn)從遮擋效應(yīng)以及刀具中心對(duì)零件的影響對(duì)金剛石車(chē)床加工衍射元件的工藝因素進(jìn)行討論。系統(tǒng)在加工過(guò)程采用補(bǔ)償非球面基面的方法，綜合考慮加工工藝因素，得到了表面形貌良好的衍射元件。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷松濤，張寶龍.空間像消旋部件設(shè)計(jì)與研究[J].紅外，2007，28（9）：1317.

[2]孫麗娜，汪永陽(yáng)，戴明，等.航空光電成像消旋電視數(shù)字控制器[J].光學(xué)精密工程，2007，15（8）：13011304.

[3]周陽(yáng)，董國(guó)華，王磊.光電紅外成像消旋系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)研究[J].機(jī)電工程，2010，27（1）：57.

[4]丁學(xué)專，王欣，蘭衛(wèi)華，等.二次成像中波紅外折射衍射光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].紅外技術(shù)，2009，31（8）：450452，457.

[5]楊月英，李華.基于非球面基底的紅外諧衍射元件設(shè)計(jì)[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2012，10（5）：8993.

[6]李池娟，孫昌峰，孟凡波，等.單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)的研究[J].激光與紅外，2009，39（12）：13411343.

[7]趙峻彥，王鵬.衍射元件單點(diǎn)金剛石車(chē)削的工藝參數(shù)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2009，25（4）：8385，105.

[8]康戰(zhàn)，聶鳳明，劉勁松，等.紅外光學(xué)元件的單點(diǎn)金剛石精密數(shù)控車(chē)削加工技術(shù)研究[J].新技術(shù)新工藝，2010（4）：7679.

[9]留浩飛，李曉彤，岑兆豐，等.衍射光學(xué)元件雜散光分析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及鬼像分析[J].光學(xué)儀器，2005，27（4）：6064.

[10]劉慶京.金剛石車(chē)削在紅外衍射光學(xué)元件加工中的應(yīng)用[J].激光與紅外，2002，32（2）：107109.

摘要： 基于一種檢測(cè)機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)的紅外光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正。通過(guò)控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型，使用金剛石單點(diǎn)車(chē)削技術(shù)（SPDT）進(jìn)行衍射元件的高精度加工，并對(duì)影響衍射元件加工精度及加工工藝因素進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 消旋檢測(cè)； 像差校正； 衍射元件； 金剛石單點(diǎn)車(chē)削

中圖分類(lèi)號(hào)： TH 745文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.003

引言在機(jī)載光電跟蹤系統(tǒng)的工作過(guò)程中，陀螺穩(wěn)定平臺(tái)框架的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起光學(xué)系統(tǒng)和成像器件相對(duì)載機(jī)的運(yùn)動(dòng)，造成成像畫(huà)面的旋轉(zhuǎn)，為了保證飛行員的觀察和操作，需要增加相應(yīng)的圖像消旋系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)像進(jìn)行補(bǔ)償[13]。為保持消旋光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在系統(tǒng)中應(yīng)用非球面和衍射面，由于衍射光學(xué)元件所具有的高衍射率以及色散特性，給光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的設(shè)計(jì)自由度和更多的材料可選性，同時(shí)，衍射元件的精度也是影響消旋光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。在紅外消旋光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用衍射元件可消色差和復(fù)消色差，采用非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正[45]。目前國(guó)內(nèi)外都采用單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)來(lái)加工衍射面，在色差校正和無(wú)熱化中，由鍺和硒化鋅、硫化鋅等材料制造的紅外衍射光學(xué)元件大多通過(guò)單點(diǎn)金剛石車(chē)削加工得到，這種技術(shù)可以直接加工出連續(xù)面型的衍射面，并且有加工精度高、效率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)[610]。本文基于機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用非球面補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)出高精度衍射面面型，設(shè)計(jì)的紅外系統(tǒng)是采用ZnS為材料的衍射面，為提高面型精度，對(duì)非球面進(jìn)行了程序補(bǔ)償，在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面繼續(xù)加工，并結(jié)合加工實(shí)驗(yàn)討論了影響衍射元件精度的工藝因素。1數(shù)學(xué)描述對(duì)單點(diǎn)金剛石加工而言，衍射面的基面無(wú)論是球面或是非球面，都是將相位信息與基面迭加后的輪廓一次加工成形，加工難度和加工成本是一樣的?？紤]到對(duì)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，用于成像的折衍射透鏡，其基面一般設(shè)計(jì)為非球面。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面面型公式表示為Z1=Y2/R21+1-（1+K）Y2/R2+A4Y4+A6Y6+…+ANYN（1）式中，Z1為矢量高度，R為頂點(diǎn)曲率半徑，Y4、Y6等為徑向坐標(biāo)，A4、A6等為非球面系數(shù)，K為二次曲面系數(shù)。

消旋檢測(cè)系統(tǒng)像差校正衍射元件的加工分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)程序補(bǔ)償?shù)姆乔蛎?，面型精度很高，證明此時(shí)機(jī)床及刀具狀態(tài)良好。在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面程序繼續(xù)加工，在補(bǔ)償后的非球面基礎(chǔ)上，將程序更換為衍射面程序，就可得到表面形貌良好的衍射面面型。3工藝因素分析金剛石車(chē)床加工衍射面的本質(zhì)在于車(chē)床的高主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌直線精度，利用程序驅(qū)動(dòng)金剛石刀具沿特定軌跡由衍射元件邊緣走刀到中心位置。因此，刀具的選擇、調(diào)試直接影響到衍射元件的表面形貌。對(duì)于衍射元件，只要刀具半徑不為零，都會(huì)導(dǎo)致各衍射環(huán)帶突變位置的不完全車(chē)削，產(chǎn)生遮擋效應(yīng)。遮擋效應(yīng)會(huì)破壞衍射面面型的完整性，造成光能量的透過(guò)率損失，透過(guò)率損失的攔光面積計(jì)算公式可表示為L(zhǎng)=4D2λMrct（NM-1）∑ct1c（5）

Fig.3Blocking effect式中，D為衍射元件的有效口徑，r為刀具曲率半徑，ct為衍射環(huán)帶個(gè)數(shù)，c為衍射環(huán)帶序數(shù)。圖3表示衍射過(guò)渡區(qū)的效率遮攔，陰影部分為圓弧形刀具造成的遮擋效應(yīng)。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的衍射元件有效口徑為26 mm，結(jié)合上述圖1可以看出，系統(tǒng)使用的衍射元件有10個(gè)環(huán)帶，用0.2 mm的圓弧形刀具加工，計(jì)算出透過(guò)率損失約為0.055，即能量損失率為5.5%。根據(jù)式（5）可知，在衍射元件輪廓參數(shù)已定的條件下，通過(guò)減小刀具半徑和更換折射率更大的材料可以減小陰影部分的面積，降低遮擋效應(yīng)造成的衍射元件面型誤差及透過(guò)率損失。程序控制下的刀具在零件上最終位置是零件回轉(zhuǎn)中心，若裝調(diào)時(shí)刀具位置參數(shù)設(shè)置超過(guò)中心或不到中心，會(huì)使加工后的零件曲率中心交叉或分離，如圖4所示，說(shuō)明刀具裝調(diào)誤差會(huì)導(dǎo)致衍射結(jié)構(gòu)的環(huán)帶位置偏差。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)件的切削、檢測(cè)和補(bǔ)償，調(diào)整刀具位置參數(shù)到零件中心，從而減小了衍射環(huán)帶的偏差對(duì)面型精度的影響。表2給出了實(shí)際加工中進(jìn)給速率和切削深度對(duì)粗糙度影響的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，在進(jìn)給速率和切削深度量值合理的范圍內(nèi)，影響粗糙度的主要因素是進(jìn)給速率，而切削深度對(duì)粗糙度影響較小。

綜上可知，合理的刀具半徑，刀具調(diào)試是保證面型精度的前提。通過(guò)降低進(jìn)給速率和增加切削深度可以在保證加工效率的同時(shí)得到較小的表面粗糙度。4結(jié)論衍射元件的精度是影響光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，為了實(shí)現(xiàn)消旋檢測(cè)系統(tǒng)高精度的表面形貌，引入衍射元件。文中充分發(fā)揮單點(diǎn)金剛石精密車(chē)削加工技術(shù)在制造紅外衍射光學(xué)元件中的作用，模擬出的非球面與衍射相位的擬合模型，結(jié)合非球面系數(shù)及衍射位相系數(shù)進(jìn)行分析，并重點(diǎn)從遮擋效應(yīng)以及刀具中心對(duì)零件的影響對(duì)金剛石車(chē)床加工衍射元件的工藝因素進(jìn)行討論。系統(tǒng)在加工過(guò)程采用補(bǔ)償非球面基面的方法，綜合考慮加工工藝因素，得到了表面形貌良好的衍射元件。

參考文獻(xiàn)：

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[9]留浩飛，李曉彤，岑兆豐，等.衍射光學(xué)元件雜散光分析的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及鬼像分析[J].光學(xué)儀器，2005，27（4）：6064.

[10]劉慶京.金剛石車(chē)削在紅外衍射光學(xué)元件加工中的應(yīng)用[J].激光與紅外，2002，32（2）：107109.

摘要： 基于一種檢測(cè)機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)的紅外光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正。通過(guò)控制衍射元件非球面基面的方法得到衍射面面型，使用金剛石單點(diǎn)車(chē)削技術(shù)（SPDT）進(jìn)行衍射元件的高精度加工，并對(duì)影響衍射元件加工精度及加工工藝因素進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 消旋檢測(cè)； 像差校正； 衍射元件； 金剛石單點(diǎn)車(chē)削

中圖分類(lèi)號(hào)： TH 745文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.003

引言在機(jī)載光電跟蹤系統(tǒng)的工作過(guò)程中，陀螺穩(wěn)定平臺(tái)框架的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起光學(xué)系統(tǒng)和成像器件相對(duì)載機(jī)的運(yùn)動(dòng)，造成成像畫(huà)面的旋轉(zhuǎn)，為了保證飛行員的觀察和操作，需要增加相應(yīng)的圖像消旋系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)像進(jìn)行補(bǔ)償[13]。為保持消旋光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在系統(tǒng)中應(yīng)用非球面和衍射面，由于衍射光學(xué)元件所具有的高衍射率以及色散特性，給光學(xué)設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的設(shè)計(jì)自由度和更多的材料可選性，同時(shí)，衍射元件的精度也是影響消旋光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。在紅外消旋光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用衍射元件可消色差和復(fù)消色差，采用非球面為基面的衍射元件進(jìn)行系統(tǒng)像差校正[45]。目前國(guó)內(nèi)外都采用單點(diǎn)金剛石車(chē)削技術(shù)來(lái)加工衍射面，在色差校正和無(wú)熱化中，由鍺和硒化鋅、硫化鋅等材料制造的紅外衍射光學(xué)元件大多通過(guò)單點(diǎn)金剛石車(chē)削加工得到，這種技術(shù)可以直接加工出連續(xù)面型的衍射面，并且有加工精度高、效率高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)[610]。本文基于機(jī)載制冷型CCD消旋機(jī)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用非球面補(bǔ)償?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)出高精度衍射面面型，設(shè)計(jì)的紅外系統(tǒng)是采用ZnS為材料的衍射面，為提高面型精度，對(duì)非球面進(jìn)行了程序補(bǔ)償，在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面繼續(xù)加工，并結(jié)合加工實(shí)驗(yàn)討論了影響衍射元件精度的工藝因素。1數(shù)學(xué)描述對(duì)單點(diǎn)金剛石加工而言，衍射面的基面無(wú)論是球面或是非球面，都是將相位信息與基面迭加后的輪廓一次加工成形，加工難度和加工成本是一樣的?？紤]到對(duì)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，用于成像的折衍射透鏡，其基面一般設(shè)計(jì)為非球面。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面面型公式表示為Z1=Y2/R21+1-（1+K）Y2/R2+A4Y4+A6Y6+…+ANYN（1）式中，Z1為矢量高度，R為頂點(diǎn)曲率半徑，Y4、Y6等為徑向坐標(biāo)，A4、A6等為非球面系數(shù)，K為二次曲面系數(shù)。

消旋檢測(cè)系統(tǒng)像差校正衍射元件的加工分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)程序補(bǔ)償?shù)姆乔蛎?，面型精度很高，證明此時(shí)機(jī)床及刀具狀態(tài)良好。在環(huán)境條件不變的情況下，將非球面程序更換為衍射面程序繼續(xù)加工，在補(bǔ)償后的非球面基礎(chǔ)上，將程序更換為衍射面程序，就可得到表面形貌良好的衍射面面型。3工藝因素分析金剛石車(chē)床加工衍射面的本質(zhì)在于車(chē)床的高主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌直線精度，利用程序驅(qū)動(dòng)金剛石刀具沿特定軌跡由衍射元件邊緣走刀到中心位置。因此，刀具的選擇、調(diào)試直接影響到衍射元件的表面形貌。對(duì)于衍射元件，只要刀具半徑不為零，都會(huì)導(dǎo)致各衍射環(huán)帶突變位置的不完全車(chē)削，產(chǎn)生遮擋效應(yīng)。遮擋效應(yīng)會(huì)破壞衍射面面型的完整性，造成光能量的透過(guò)率損失，透過(guò)率損失的攔光面積計(jì)算公式可表示為L(zhǎng)=4D2λMrct（NM-1）∑ct1c（5）

Fig.3Blocking effect式中，D為衍射元件的有效口徑，r為刀具曲率半徑，ct為衍射環(huán)帶個(gè)數(shù)，c為衍射環(huán)帶序數(shù)。圖3表示衍射過(guò)渡區(qū)的效率遮攔，陰影部分為圓弧形刀具造成的遮擋效應(yīng)。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的衍射元件有效口徑為26 mm，結(jié)合上述圖1可以看出，系統(tǒng)使用的衍射元件有10個(gè)環(huán)帶，用0.2 mm的圓弧形刀具加工，計(jì)算出透過(guò)率損失約為0.055，即能量損失率為5.5%。根據(jù)式（5）可知，在衍射元件輪廓參數(shù)已定的條件下，通過(guò)減小刀具半徑和更換折射率更大的材料可以減小陰影部分的面積，降低遮擋效應(yīng)造成的衍射元件面型誤差及透過(guò)率損失。程序控制下的刀具在零件上最終位置是零件回轉(zhuǎn)中心，若裝調(diào)時(shí)刀具位置參數(shù)設(shè)置超過(guò)中心或不到中心，會(huì)使加工后的零件曲率中心交叉或分離，如圖4所示，說(shuō)明刀具裝調(diào)誤差會(huì)導(dǎo)致衍射結(jié)構(gòu)的環(huán)帶位置偏差。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)件的切削、檢測(cè)和補(bǔ)償，調(diào)整刀具位置參數(shù)到零件中心，從而減小了衍射環(huán)帶的偏差對(duì)面型精度的影響。表2給出了實(shí)際加工中進(jìn)給速率和切削深度對(duì)粗糙度影響的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，在進(jìn)給速率和切削深度量值合理的范圍內(nèi)，影響粗糙度的主要因素是進(jìn)給速率，而切削深度對(duì)粗糙度影響較小。

綜上可知，合理的刀具半徑，刀具調(diào)試是保證面型精度的前提。通過(guò)降低進(jìn)給速率和增加切削深度可以在保證加工效率的同時(shí)得到較小的表面粗糙度。4結(jié)論衍射元件的精度是影響光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，為了實(shí)現(xiàn)消旋檢測(cè)系統(tǒng)高精度的表面形貌，引入衍射元件。文中充分發(fā)揮單點(diǎn)金剛石精密車(chē)削加工技術(shù)在制造紅外衍射光學(xué)元件中的作用，模擬出的非球面與衍射相位的擬合模型，結(jié)合非球面系數(shù)及衍射位相系數(shù)進(jìn)行分析，并重點(diǎn)從遮擋效應(yīng)以及刀具中心對(duì)零件的影響對(duì)金剛石車(chē)床加工衍射元件的工藝因素進(jìn)行討論。系統(tǒng)在加工過(guò)程采用補(bǔ)償非球面基面的方法，綜合考慮加工工藝因素，得到了表面形貌良好的衍射元件。

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