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CCOS抛光技术的提出与发展进阶卓精艺 2022.07.18

导语:此前我们介绍过很多磁流变的相关知识,但今天我们要讲讲CCOS抛光技术

CCOS,全称是计算机控制光学表面成形(Computer Controlled Optical Surface),是指用计算机数控小尺寸磨头对光学表面进行研磨或抛光,根据所建立的数学模型,通过控制磨头在加工表面上的运动路径、相对压力与驻留时间来控制材料去除量。

1、首次提出

CCOS技术由美国Itek公司的Wiktor. J. Rupp在20世纪70年代最先提出。

CCOS技术问世以来,世界上以美国为首的一些发达国家相继投入了大量的人力、物力和财力进行了深入研究。比较有代表性的有美国Arizona大学光学中心(OSC)、Rochester大学光学制造中心(COM)、Itek公司、Tinsley公司、Law rence-Livermore国家实验室、法国的空间光学制造中心、俄罗斯的瓦维洛夫国家光学研究所等。

2、初始阶段

70年代初至80年代中前期,CCOS技术尚处于初始阶段。当时由于受计算机技术及精密测量技术发展的制约,CCOS还没有做到完全实用化。

这期间Itek公司的Robert. A. Jones在CCOS的计算机模拟及加工设备的优化方面做了大量工作。设计完成了世界上第一台计算机控制抛光机,为美国空军加工出一块φ500mm,F/3. 5的抛物面反射镜,面型精度为0.04μm(rms) ,表面粗糙度小于5nm ,总加工周期为3个月。

Rebert. A. Jones在Aspden提出的CCOS数学模型基础上,提出了用卷积迭代算法计算磨头驻留函数的模型,这一模型在以后的十几年中一直是CCOS抛光技术最重要的理论依据之一。

3、发展阶段

到了80年代中后期,随着计算机及精密计量技术的飞速发展,CCOS技术也得到了进一步的完善。Itek公司对其9台CCOS设备的数控单元进行了改造,采用了直流伺服加位置反馈控制技术,其前台操作采用VAX-X小型机连网管理,并配有HND系统的接口。经改造后CC0S过程的计算速度及精度都得到了大幅度提高。Itek公司此举的目的是要把CCOS发展成为CAD/CAM一体化、非专家可操作的先进光学制造系统。

这期间法国和俄罗期也相继研制出了各自的CCOS设备,REOSC空间光学制造中心的计算机控制抛光机加工非球面的最大口径达2m,精度为1/152 (rms)。瓦维洛夫国家光学研究所的AD-1000型计算机控制抛光机的加工精度也达到了1/18λ(rms)。

4、实用化阶段

进入90年代以后,CCOS抛光技术在不断完善的同时,已开始进入实用化阶段。Itek公司在1990~1992年期间开发出了真空自励磨头(Vacuum Activated Tools) , 解决了大尺寸超薄光学元件的加工问题。在CCOS设备上加工直径为2m,厚度为1.7cm 的离轴抛物面,最终精度为0.034Lm (rms) ,表面粗糙度小于1nm,加工周期为5个月。

1994年,Tinsley 公司与Itek、Bastern-Kodak等公司合作,利用CCOS技术完成了对哈勃望远镜主镜的修复工作,加工出的非球面校正镜修正了主镜制造过程中的误差,提高了成像质量。

CCOS 技术利用计算机执行速度快、记忆准确等优势使加工的重复精度及效率大幅度提高,特别对一些传统方法难于加工的大口径、离轴非球面光学元件来说是最佳选择。

卓精艺小磨头抛光机正在进行抛光修形

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