近日，山東大學姚鵬教授團隊以“柱面微透鏡陣列的精密磨削”為(wei)題發表文(wen)章(zhang)于《光(guang)學 精(jing)密工程》2021年29卷第7期，并被選(xuan)為(wei)封面文(wen)章(zhang)。

《光學 精(jing)密(mi)工程》 2021年(nian) 29卷 第7期 期刊封面(mian)

柱面微(wei)透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)元件(jian)是由柱面結構深(shen)度(du)為微(wei)米級的透(tou)鏡(jing)組成(cheng)(cheng)的陣(zhen)列(lie)，不僅具(ju)(ju)有傳統透(tou)鏡(jing)的聚焦(jiao)、成(cheng)(cheng)像等(deng)基本(ben)光學功(gong)能，而(er)且(qie)具(ju)(ju)有單(dan)元尺寸小，集成(cheng)(cheng)度(du)高的特點。在軍用(yong)，民用(yong)，天文等(deng)領域(yu)有著廣泛應(ying)用(yong)，例如激(ji)光制導，激(ji)光光束均勻化以及三維成(cheng)(cheng)像等(deng)等(deng)。

圖1 柱(zhu)面微透鏡陣列元件的(de)應(ying)用

鑒于制造成本和制造難度，國內外廠家提供的柱面微透鏡通常是普通圓柱截面，但非圓截面柱面微透鏡可以進一步簡化光學系統，降低系統重量，對航空航天應用具有更加重要的意義。非圓截面柱面微透鏡國外可以定制，但成本高，供貨期長，有些甚至是受限的卡脖子光學元件，國內尚無法提供滿足要求的此類光學元件。采用模壓技術可以大大降低成本，RB-SiC作為模具材料用于玻璃模壓，相比傳統鍍鎳模具形狀保持性好，壽命長，是玻璃模壓模具的理想材料，但加工難度大，目前磨削加工可以說是唯一的選擇。
       傳統的磨削方法采用微小磨具進行超精密磨削加工，加工效率低，砂輪磨損嚴重，需要進行多次繁瑣的砂輪修整，不僅降低加工效率，而且增加編程和對刀過程，加工難度大。因此，開發高效率的磨削加工方法具有很高的研究價值。
與傳統的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)方(fang)法相比，本文采(cai)(cai)用成形砂輪(lun)(lun)進行(xing)復映磨(mo)削加(jia)工(gong)，能夠極(ji)大(da)地提高(gao)(gao)加(jia)工(gong)效(xiao)率。采(cai)(cai)用成型磨(mo)削加(jia)工(gong)，需要在(zai)砂輪(lun)(lun)上(shang)(shang)修整(zheng)出(chu)和(he)柱面(mian)微(wei)(wei)透鏡陣列對(dui)(dui)應的(de)(de)(de)高(gao)(gao)精度(du)微(wei)(wei)細輪(lun)(lun)廓結構，目(mu)前砂輪(lun)(lun)修整(zheng)技術主要有(you)機(ji)械修整(zheng)，激光修整(zheng)和(he)電火花修整(zheng)。將成型砂輪(lun)(lun)裝夾在(zai)平面(mian)磨(mo)床主軸上(shang)(shang)，選定合適的(de)(de)(de)磨(mo)削參數(shu)，可以實(shi)(shi)現(xian)一次(ci)往復磨(mo)削加(jia)工(gong)成型，無需進行(xing)多(duo)次(ci)修整(zheng)，效(xiao)率極(ji)高(gao)(gao)。同時，成型磨(mo)削加(jia)工(gong)降低(di)了對(dui)(dui)機(ji)床設(she)備的(de)(de)(de)要求和(he)編(bian)程的(de)(de)(de)難度(du)，無需多(duo)軸聯動(dong)機(ji)床和(he)復雜加(jia)工(gong)程序(xu)，對(dui)(dui)機(ji)床操作人員素質(zhi)要求不高(gao)(gao)，具有(you)很(hen)強(qiang)的(de)(de)(de)現(xian)實(shi)(shi)意義。

 圖2 實驗(yan)裝置

為了能準確的把握成型磨削加工后工件的表面質量，本文使用MATLAB對實驗砂輪和磨削過程進行了仿真。通過分析實驗砂輪和磨粒的特征，建立砂輪的數值化模型，研究砂輪表面磨粒與工件的幾何相互作用機理，形成對工件表面材料的劃擦和去除，建立磨削表面的仿真模型。對比了磨削實驗和仿真的工件面形誤差的PV值、粗糙度Ra和Rz值的對比，仿真模型的偏差分別為5.78%，17.3%和12.9%，證明了本文提出的仿真模型的有效性。
磨削仿真模型的意義在于可以在開展磨削實驗之前對磨削加工精度和表面質量結果進行預測，根據實驗所選擇的砂輪的特征，以及磨削工藝參數等實驗條件，模擬分析此實驗條件下的得到的工件質量是否符合技術要求。在不滿足技術要求的情況下，可以改變實驗條件，優化實驗參數指導磨削加工。
這種以超精密加工對象的精度和表面質量為目標，選擇和優化砂輪與磨削參數的仿真方法，節約大量磨削加工工藝試驗的時間和成本，對提高磨削加工效率，推動超精密磨削加工技術更廣泛的應用具有重要的意義。
論文信息
葉震, 姚鵬, 于世孟, 等. 柱面微透鏡陣列的精密磨削[J]. 光學精密工程, 2021, 29(7):1567-1579. 
論文地址
DOI：10.37188/OPE.2020.0612
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團隊介紹：
1. 作者
（1）第一作者

葉(xie)震，助理(li)研究員(yuan)。2020年于山東大學獲得學士學位。主要研究方(fang)向為磨削(xue)與精密加工技術(shu)。

（2）通訊作者

姚鵬，教(jiao)授，博士生導師， 2011年于日本東(dong)北大學(xue)獲得博士學(xue)位，主要研(yan)(yan)究(jiu)方向為超(chao)精密(mi)加(jia)(jia)工(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、多(duo)(duo)能場(chang)復(fu)合精密(mi)加(jia)(jia)工(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、超(chao)快(kuai)激光微納(na)加(jia)(jia)工(gong)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)。國際(ji)磨(mo)粒技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)委員(yuan)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)（ICAT）青年委員(yuan)，機械工(gong)程學(xue)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)生產工(gong)程分會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)全國磨(mo)粒技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)委員(yuan)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)和精密(mi)工(gong)程及(ji)納(na)米技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)專業(ye)委員(yuan)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)委員(yuan)。在國內外高水(shui)平學(xue)術(shu)(shu)期刊及(ji)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)議發(fa)表論文(wen)60余(yu)篇，獲教(jiao)育部(bu)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)發(fa)明(ming)一等獎，機械工(gong)業(ye)協會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)二等獎，上銀優秀機械博士論文(wen)獎指導教(jiao)師，多(duo)(duo)個精密(mi)加(jia)(jia)工(gong)領(ling)域學(xue)術(shu)(shu)會(hui)(hui)(hui)(hui)(hui)議的優秀論文(wen)獎，第一發(fa)明(ming)人授權(quan)發(fa)明(ming)專利(li)17項，PCT 2項，研(yan)(yan)究(jiu)成果應用于航空航天企業(ye)和科研(yan)(yan)院所(suo)。

（3）團隊負責人

黃傳真，教授，博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者（2006），“萬人計劃”國家高層次人才特殊支持計劃領軍人才（2017），1994年于山東工業大學(現山東大學)獲得工學博士學位，主要研究方向為高效精密加工、磨料水射(she)流與特種激光加工、陶瓷刀具與結(jie)構陶瓷材(cai)料(liao)、微納制造(zao)、生物增材(cai)制造(zao)。

2. 團隊研究成果

監制 | 趙陽、袁境(jing)澤

編輯 | 趙唯(wei)