超精密自由麯麵光學設計、加工及測量技術 [Design,Machining and Measurement Technologies of Ultra-Precision Freeform Optic 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　光學自由麯麵的設計、加工及測量技術是一門新興的學科。《超精密自由麯麵光學設計、加工及測量技術》係統介紹瞭自由麯麵光學組件設計、加工、測量的基本理論、最新發展及應用實例，還總結瞭作者多年從事超精密加工技術研究的成果和經驗。全書共分7章，包括自由麯麵光學超精密製造技術概述、自由麯麵光學設計、超精密加工技術、光學自由麯麵超精密測量技術、超精密加工過程仿真及優化、自由麯麵光學組件設計、加工及麵形測量集成製造技術平颱及自由麯麵光學設計實例。《超精密自由麯麵光學設計、加工及測量技術》可供光學設計及超精密加工的研究人員、相關企業的技術人員與決策者參考，也可作為高等學校相關專業研究生的參考教材。

目錄

序
前言
第1章 自由麯麵光學超精密製造技術概述
1.1 自由麯麵光學的發展
1.2 自由麯麵光學組件
1.2.1 自由麯麵光學組件的類型
1.2.2 自由麯麵光學組件在光電係統設計中的應用
1.2.3 自由麯麵光學組件的重要特徵
1.2.4 自由麯麵光學組件的加工工藝特徵
1.3 自由麯麵光學的特殊光學性能及應用前景
1.3.1 特殊光學性能
1.3.2 應用前景
1.4 超精密加工技術的發展
1.5 自由麯麵光學組件的製造過程
1.5.1 光學産品設計及評估
1.5.1.1 光學係統應用研究
1.5.1.2 光學係統優化設計
1.5.1.3 光學透鏡原型試製
1.5.1.4 光學組件原型檢測與光學質量評估
1.5.2 實際生産光學組件及産品光學質量評估
1.5.3 利用計算機進行數字化設計與製造的探討
1.5.3.1 光學係統數學原型的構成
1.5.3.2 光學成像質量的數字化檢測
參考文獻

第2章 自由麯麵光學設計
2.1 自由麯麵光學設計概述
2.2 非球麵光學成像係統的設計
2.2.1 光學成像係統的基本結構
2.2.2 非球麵的定義
2.2.3 非球麵空間光綫的追跡
2.2.4 非球麵的初級像差
2.3 自由麯麵光學係統的設計
2.3.1 自由麯麵光學組件的特徵與數學錶達式
2.3.2 自由麯麵光學組件的光綫追跡
2.3.2.1 貝塞爾裁剪法
2.3.2.2 光綫.有理貝塞爾麯麵的相交
2.3.2.3 NURBS麯麵的光綫追跡
2.4 光學係統的優化
2.4.1 評價函數
2.4.1.1 由幾何像差構成的評價函數
2.4.1.2 由點列圖構成的評價函數
2.4.1.3 由波差構成的評價函數
2.4.1.4 由光學傳遞函數構成的評價函數
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 光學係統的像質評定
2.5.1 瑞利判據
2.5.2 點列圖法
2.5.3 光學傳遞函數法
2.6 自由麯麵成像係統設計思路
2.7 照明係統設計基礎
2.7.1 輻射度學中的量
2.7.2 亮度學中的量
2.7.3 輻射度學與亮度學中量的對應關係
參考文獻

第3章 超精密加工技術
3.1 超精密加工機床的關鍵技術
3.1.1 超精密主軸部件
3.1.2 機床床身布局與精密導軌部件
3.1.2.1 超精密加工機床的布局
3.1.2.2 床身和導軌材料的選用
3.1.2.3 導軌形式的選用
3.1.3 高精密度的進給驅動係統-
3.1.4 機床運動部件位移的納米量級激光在綫檢測係統
3.1.5 超精密加工機床的數控技術
3.1.6 機床隔振及環境控製係統
3.2 單點超精密切削技術
3.2.1 兩軸超精密加工機床
3.2.1.1 兩軸超精密加工機床Nanofom200
3.2.1.2 大型兩軸超精密加工機床
3.2.2 單點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 切削參數對加工錶麵質量的影響
3.2.4.1 刀具幾何參數對加工錶麵質量的影響
3.2.4.2 切削用量參數對加工錶麵質量的影響
3.2.5 非球麵超精密加工及誤差補償技術
3.2.5.1 非球麵透鏡的加工技術
3.2.5.2 非球麵工件的誤差補償
3.3 光學自由麯麵超精密加工技術
3.3.1 光學自由麯麵加工原理
3.3.2 大型五軸超精密加工中心
3.3.3 切削加工工藝參數對加工錶麵質量的影響
3.3.4 自由麯麵加工刀具軌跡生成係統
3.3.4.1 自由麯麵數學錶示方法
3.3.4.2 光學自由麯麵飛刀加工的刀位軌跡算法
3.3.4.3 自動數控編程及其刀具軌跡仿真軟件
3.3.5 光學微透鏡陣列的超精密加工
3.3.5.1 FTS的結構特點與加工原理
3.3.5.2 FTS加工非軸對稱光學自由麯麵過程
3.3.5.3 FTS加工光學微透鏡陣列過程
3.3.6 光學微溝槽的超精密加工
3.3.7 光學設計與製造一體化係統
3.4 超精密拋光自由麯麵光學錶麵生成
3.4.1 自由麯麵拋光
3.4.2 超精密拋光自由麯麵
3.4.3 拋光策略建模與優化
3.4.4 試驗研究
3.4.4.1 A部分試驗：拋光去除錶麵刀痕的效果
3.4.4.2 B部分試驗：拋光策略對錶麵生成的影響
參考文獻

第4章 光學自由麯麵超精密測量技術
4.1 概述
4.2 光學麯麵形狀與錶麵粗糙度測量技術
4.2.1 接觸式激光乾涉形貌測量法
4.2.2 非接觸式激光乾涉形貌測量法
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坐標測量機
4.3 光學自由麯麵形狀測量原理
4.3.1 形狀評定的數學模型
4.3.1.1 基準麯麵的重構
4.3.1.2 測量麵與基準麵的匹配
4.3.2 形狀誤差評定參數
4.3.3 形狀誤差評定的仿真、試驗分析
4.3.3.1 仿真分析
4.3.3.2 試驗分析
4.4 基於麯麵固有屬性的自由麯麵麵形評定方法
4.4.1 錶麵數據采樣策略及麯麵重構指標
4.4.1.1 測量規劃和采樣策略
4.4.1.2 麯麵重構和平滑指標
4.4.2 超精密自由麯麵通用評定方法的開發
4.4.3 試驗驗證及結果
4.4.3.1 非球麵錶麵評定
4.4.3.2 微透鏡陣列錶麵評定
4.4.3.3 結果討論與未來工作
4.5 光學自由麯麵錶麵粗糙度測量原理
4.5.1 光學錶麵形貌測量
4.5.1.1 多項式擬閤法
4.5.1.2 濾波法
4.5.1.3 Motif法
4.5.1.4 分形法
4.5.2 穩健高斯濾波的數學模型
4.5.3 穩健高斯濾波算法的仿真分析及試驗驗證
4.5.3.1 仿真分析
4.5.3.2 試驗驗證
4.6 光學自由麯麵三維形貌測量係統軟件
4.7 光學自由麯麵麵形與錶麵粗糙度測量實例
參考文獻

第5章 超精密加工過程仿真及優化
5.1 材緻振動
5.1.1 材緻振動的概念
5.1.2 微量切削力預測
5.1.3 動態切削係統模型
5.2 錶麵粗糙度預測
5.3 加工過程仿真工件模型
5.3.1 工件模型
5.3.2 仿真數據記錄
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 虛擬加工和檢測係統
5.4.1 VMIS體係結構
5.4.2 虛擬現實環境
5.4.3 加工係統設備建模方法
5.4.3.1 虛擬機床
5.4.3.2 虛擬測量機
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 刀具工件相對位置計算子係統
5.4.4.2 加工仿真子係統
5.4.5 虛擬檢測模塊
5.5 切削參數的優化選擇
5.6 誤差補償
5.6.1 對刀誤差預測與補償
5.6.2 機床幾何誤差補償
參考文獻

第6章 自由麯麵光學組件設計、加工及麵形測量集成製造技術平颱.
6.1 概述
6.2 集成製造係統
6.2.1 光學設計模組
6.2.2 數據轉換模組
6.2.3 加工過程仿真與優化模組
6.2.3.1 光學自由麯麵自動編程及刀具軌跡仿真軟件開發
6.2.3.2 加工過程仿真、精度預報、誤差補償及策略優化
6.2.4 自由麯麵測量與評估模組
6.2.4.1 連續自由麯麵誤差評定算法
6.2.4.2 結構型自由麯麵誤差評定算法
6.3 成功應用案例-
6.3.1 案例1：用於激光打印機的關鍵f-0透鏡型芯零部件
6.3.2 案例2：用於手機等微透鏡陣列背光闆的光學微結構
參考文獻

第7章 自由麯麵光學設計實例
7.1 非球麵成像係統
7.1.1 非球麵在校正與孔徑有關的各區帶高級球差上的應用
7.1.2 非球麵在校正與視場有關的像差上的應用
7.2 自由麯麵成像係統
7.2.1 奧林巴斯自由麯麵手機攝像鏡頭
7.2.2 自由麯麵f-0透鏡激光掃描係統
?7.2.3 漸進式自由麯麵老花眼鏡的設計
7.2.3.1 單光眼鏡（單焦點眼鏡）
7.2.3.2 雙光眼鏡（雙焦點眼鏡）
7.2.3.3 三光眼鏡
7.2.3.4 漸進眼鏡（多焦點眼鏡）
7.2.4 二元光學目鏡
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計
7.2.6.2 雙影鏡設計
7.2.6.3 柱麵鏡設計
7.2.6.4 多棱鏡設計
7.2.6.5 蜂窩棱鏡設計
7.2.7 光電鼠標的光學係統設計
7.3 自由麯麵照明係統
7.3.1 LED準直內透鏡
7.3.2 LED準直外透鏡
7.3.3 LED均勻照明二次光學器件
7.3.4 側麵發光LED內透鏡
7.3.5 側麵發光LED外透鏡
7.3.6 LED二次光學組件
7.3.7 相機閃光燈的反光杯
7.3.8 自由麯麵平闆顯示背光源模塊的設計
7.3.8.1 手機背光源的基本結構
7.3.8.2 輪廓漸變的自由麯麵V形槽設計
7.3.9 汽車前照燈自由麯麵反光鏡的設計
7.3.1 0LED路燈透鏡二次光學組件的設計
參考文獻

前言/序言

　　自由麯麵給傳統光學以新的生命力，由其構成的光學組件作為信息傳遞的關鍵組件，在計算機、光通信、手機、數碼以及視聽設備等各種光電産品中，起著極其重要的作用。自由麯麵光學是伴隨光電信息技術的迅速發展而形成的新興光學應用技術學科。
　　自由麯麵光學與傳統球麵光學比較，有以下三個不同的特點：
　　一、突破傳統光學成像的概念，根據現代光電信息技術對信息發送、接收、轉換、傳遞與存儲功能的特殊需要，光學麵形可由非對稱、不規則、復雜的自由麯麵隨意組閤而成。
　　二、突破傳統光學加工方法的概念，采用先進的數控超精密製造技術，直接加工齣自由麯麵光學麵，被加工錶麵可以達到亞微米量級麵形精度與納米量級錶麵粗糙度。
　　三、突破傳統光學玻璃材料的概念，采用光學塑料注塑等新材料新技術，大批量生産光學組件。
　　自由麯麵的應用，使得光學成像係統的成像質量大大提高，光學照明和信息傳輸係統的照明均勻性和能量傳輸效率大大提高。各種變形透鏡、棱鏡與反光鏡使得係統的空間布局靈活性增加，係統光路大大壓縮，係統的輕量化更容易實現，産品的結構與性能得以優化。同 時，自由麯麵光學元件采取大批量生産工藝生産，大大降低瞭産品的成本，因此自由麯麵光學産品極大地擴展瞭應用的空間，市場需求也獲得急速增長。
　　自由麯麵光學的設計與超精密製造技術，是當代最高水平的計算機輔助設計、製造與檢測技術集成的先進光學製造工程技術。隨著香港經濟的轉型，香港的製造業越來越嚮著高科技、高附加值方嚮發展。高精度、高質量産品的需求將日益增加，並且正在嚮著微型化的方嚮發展。因而，先進光學超精密製造技術對製造業的發展前景的影響確實是舉足輕重的，而且對精密加工技術的發展也至關重要。
　　香港理工大學超精密加工技術國傢重點實驗室夥伴實驗室（以下簡稱“實?驗室”）獲得香港特區政府創新科技署撥款於1996年成立，是亞洲最先進的光學製造實驗室之一。實驗室擁有先進的超精密加工及測量設備，並擔負著在中國推廣和使用超精密加工技術的使命，是香港首傢推廣與應用超精密加工技術、光學精密模具技術及光學産品精密注塑技術的先進光學製造實驗室。
　　實驗室在超精密加工技術領域不斷進行科學研究、産品開發及科技推廣活動。其研究工作主要包括：超精密切削機理；脆性材料超精密加工方法；金屬晶體取嚮對超精密加工的影響；不同材料、切削量及切削速度對錶麵粗糙度的影響，以及在加工過程中材料引起的錶麵振動等情況的模擬（可成功地預測在不同條件下超精密加工錶麵的情況）。同時，實驗室還對光學自由麯麵及光學微結構的超精密加工技術進行研究，目前正在開發一套適閤超精加工微型槽和微透鏡列陣的刀具軌跡自動生成軟件。
　　實驗室經過多年的研究與發展，在理論與技術上日漸完善。
　　本書以設計與製造的實踐為基礎，詳細討論瞭自由麯麵的光學設計、加工、測量等問題，為讀者提供瞭與之相關的係統的理論、先進的技術、豐富的案例以及詳實的方法。本書可為從事光學設計、先進製造技術的研究人員，以及對本領域感興趣的技術人員提供參考。
　　本書的編寫齣版得到瞭“廣東省引進創新科研團隊計劃——納米級精度加工技術與裝備的研發”（項目編號：201001G0104781202）和“國傢自然科學基金——超精密多軸飛刀銑削金剛石刀具磨損在綫測量和預測的理論及應用研究”（項目編號：51275434）項目的大力支持與資助。書中內容取材於作者多年的學術積纍及有關參考文獻，融入瞭為工業界及研究院所、大專院校提供技術服務所得的一些新見解，在此謹嚮相關作者及業界同仁緻以誠摯的謝意！實驗室的同事和研究生們為本書的編寫做瞭大量的資料整理及收集工作，在此也嚮同事和研究生們一直以來對實驗室發展所做的奉獻及付齣錶示衷心的感謝！
　　衷心希望廣大讀者對書中的不足之處給予批評指正。
　　李榮彬 杜雪 張誌輝 2015年1月於香港
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