精密光机结构体微应力胶接理论及关键工艺研究

As an important assurance measure, the Micro-stress Assembling Technique (MAT) always be used in the precise opto-mechanical structure for high-quality image. Especially, the micro-stress bonding technique is applied as a key part of MAT for its advantages, including simple and compact structure, uniform stress and strong adaptability. To obtain the opto-mechanical system possessing uniform micro-stress, the bonding theory and key process will be studied in this project. Based on the solidified mechanism and characters, the theory and methods of micro-stress bonding technology will be explored. By using the finite element method for multi-field coupling analysis, the parameter model of the glue which is applied in opto-mechanical system will be built. And more, the investigations on the machining errors will provide a compensation model. The results of this project would lay the theory ground of micro-stress bonding technique, and provide the technical foundation for the development of precise opto-mechanical system.

微应力安装技术是精密光机系统高质量成像的重要工艺保证。微应力粘接技术以其能够实现简单、紧凑、应力分布均匀且环境适应性高的装配等优点成为微应力装配的较佳选择。本项目以探索光机系统微应力装配为目标，以胶结技术为研究对象，开展微应力胶接理论和关键工艺研究。基于胶接固化机理及特性，探索实现微应力固化的胶接方式、方法及理论，以降低胶层固化造成的应力分布不均的现象；建立多场耦合作用下胶接参数模型和工艺误差补偿模型，获得胶接结构最佳的参数设计，实现胶层固化后系统具有较高的稳定性以及成像质量。本项研究成果将为设计合理的胶层结构奠定理论技术，更为未来我国高精密光机系统发展奠定技术基础。

项目背景：精密光机成像系统的使用已经逐渐深入到各个领域并占据重要角色，为了满足未来精密光机系统向极限尺寸、最优质刚比以及宽温域环境适应能力方向发展，迫切需要发展能够实现高应力均匀性、低应力变化响应以及轻便结构的光学元件微应力粘接技术。.主要研究内容：本项目以探索光机系统微应力装配为目标，以胶结技术为研究对象，开展了微应力胶接理论和关键工艺研究。首先，通过理论分析研究，确立了仿真分析链路，以此链路为基础，分析了Zernike 拟合精度问题，明确了通过 36 项 Zernike 拟合即可满足使用要求，并且借助空间模型将分析关键接口从二维拓展到三维空间，提升了仿真精度；其次，基于理论和试验研究分析了胶接固化机理及特性，研究了实现微应力固化的胶接方式、方法及理论，到达了降低胶层固化造成的应力分布不均现象的目的；再次，将胶合剂特性与耦合场结合，实现精密光机系统基于粘接技术的耦合场分析；最后，采用以上分析方法，对道威棱镜、某同轴反射镜以及离轴镜的粘接进行仿真分析，建立多场耦合作用下胶接参数模型和工艺误差补偿模型，获得胶接结构最佳的参数设计，实现胶层固化后系统具有较高的稳定性以及成像质量，指导粘接工艺。.重要结果：（1）搭建了结构-光学接口模型，实现了三维接口仿真分析平台；（2）研究了用于光机精密结构体粘合剂的粘接特性；（3）实现了通过仿真分析指导光机系统微应力粘接的全链路分析方法，提升粘接工艺。.关键数据：（1）通过结构-光学接口模型Zernike 拟合精度分析，明确了通过 36 项 Zernike 拟合后，表面的 PV 值控制在 0.01λ，均方根控制在0.001λ，满足工程使用要求；（2）通过仿真优化，指导设计满足道威棱镜粘接后指向精度平均控制在10″左右，指导粘接离轴抛物面镜粘接前后面形变化量小于1/60。.科学意义：本项目开展对精密光机结构体微应力粘接技术的研究，从理论层次指导实际工程，研究成果将为设计合理的胶层结构奠定技术及理论基础。