结合非球面轮廓检验和抛光工艺技术设备的研究,探讨了一种规范化的针对中小口径非球面元件的加工方法,并具体分析了实现非球面高效率批量化生产的技术途径,为中小非球面元件的广泛应用提供了有利的技术支持.

基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,能够在PZT驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。为优化设计基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘,利用有限元分析方法,计算各驱动器的影响函数,计算非球面能动抛光盘的输出面形,与理论面形比较得到剩余残差。以优化设计驱动器排布方式和极头直径为例,当非球面能动抛光盘中心到非球面工件中心的距离L为120mm,分别计算比较,极头直径为Φ10mm时,19单元PZT圆形排布与21单元PZT方形排布的剩余残差;以及19单元PZT圆形排布时,极头直径为Φ10mm与Φ14mm的剩余残差。结果表明,非球面能动抛光盘产生变形后的剩余残差RMS相应分别为0.303μm、0.367μm、0.328μm。因此,基于PZT压电陶瓷驱动器的非球面能动抛光盘确定选用19单元PZT圆形排布且极头直径Φ10mm。

补偿器是大口径非球面主镜补偿检验的关键元件。随着主镜口径和相对口径的增大，由于高阶像差的影响，补偿器的优化结果与初始结构偏离也相应增大，此时若能用法线模拟反射面代替主镜，将检验时的自准光路简化为单次通过补偿器的光路，则优化过程将大大简化，且易获得好的补偿效果。用法线模拟反射面代替主镜时，光源位于主镜顶点曲率中心，模拟面的系数由主镜参数决定。设计结果表明，这种模拟面对F／1的主镜法线都有很好的符合精度。

基于压电陶瓷驱动器的非球面变形抛光盘,能在驱动器的作用下改变面形,用于中小口径非球面镜加工。一个口径100 mm、含19个驱动器的非球面变形抛光盘已试制完毕,用于一个口径350 mm、非球面系数k=-1.112 155、顶点半径R=840 mm双曲面镜的加工实验。为研究基于压电陶瓷驱动器的非球面变形抛光盘输出面形的精度,计算当非球面变形抛光盘中心到非球面工件中心距离L分别为90 mm、100 mm、110 mm、120 mm和130 mm时,非球面变形抛光盘所需变形量;并利用有限元分析法仿真计算得到,非球面变形抛光盘输出面形的剩余残差（RMS）相应分别为0.298μm、0.279μm、0.279μm、0.329μm、0.447μm。结果表明,变形抛光盘能以较高精度产生非球面面形,可用于非球面镜加工。