大口径非球面（共7篇）
大口径非球面 篇1
摘要：介绍了三种常用非球面镜片面型精度的检测方法。在用干涉仪对非球面大口径主反射镜进行检测时, 由于使用了辅助平面镜, 得到的检测结果并不是主镜的真实面型精度。综合考虑干涉仪测量结果和辅助平面镜面型精度的Zernike多项式, 得到了某1 m口径抛物面主镜的实际面型精度。
关键词：非球面,主反射镜,辅助平面镜,干涉测量,Zernike多项式
引言
在光电经纬仪的望远镜系统中, 主反射镜是光电测量设备的关键部件, 其面型精度对光学系统的成像质量起着决定性的作用。
非球面主镜相对于球面主镜具有更大的自由度和灵活性以及更多的设计变量, 应用于光学系统可以使用更少的元件数量来实现更高的系统性能, 有效地校正各种相差, 改善像质。随着光电经纬仪望远系统的应用需求不断提高, 要求主镜具有更高的面型精度、更大的口径。对非球面主镜面型误差进行检测也成为重要研究内容。
尽管非球面光学元件在设计和使用性能上具有诸多优点, 但在应用规模上远不如平面和球面光学元件, 原因主要在于非球面光学元件的检测难度要远远大于平面和球面光学元件。现对常见的非球面镜片的面型检测技术做以介绍, 并对某型光电经纬仪1 m口径主镜的检测结果进行分析[1,2]。
1 常见非球面面型检测方法
非球面主镜的面型检测技术可以分为接触式检测和非接触式检测两大类。
1.1 接触式检测
最常见的接触式检测是三坐标检测法, 即利用三坐标测量机, 直接测量出非球面表面各点的三维坐标值, 得到非球面表面形状误差。这种测量方法虽然原理简单, 但是测量效率低下, 而且属接触式测量, 易对被测反射面造成磨损。
1.2 非接触式测量
1) 补偿镜法。
补偿镜法是一种以补偿镜作为辅助元件, 通过完全补偿非球面的法向像差产生与理想非球面形状一致的波前, 进而对非球面进行面型检测的技术。其原理光路如图1所示。
一般来说, 补偿镜法检测凹面镜时所用的补偿镜口径相对被测面来说要小得多, 容易加工到很高的精度。但是仍然有一些不足, 比如设计难度大, 测量中存在难以取出的装调和制造误差, 针对不同参数的非球面需要专门设计与之对应的补偿镜从而不具备通用性等。
2) 无像差点法。
无像差点法利用了二次曲面光学共轭点的性质, 借助平面或球面镜的辅助完成对非球面面型的检测, 合理设计辅助反射镜的尺寸及位置, 就可以与待测二次曲面组成自准直系统, 进而利用干涉仪完成零位检测。
如下页图2所示, 由焦点处点光源发出的光经抛物面反射后成为平行光, 再由辅助平面反射镜反射后沿原路返回干涉仪, 形成零位检测。
虽然无像差点法存在一些不足, 如当被测二次曲面口径增大时, 辅助反射镜的尺寸也相应变大, 增大了加工成本;对助反射镜的面型精度和装调精度要求很高等, 但是无像差点法测量方便, 检测精度也很高, 是二次曲面面型检测的一种常用方法[2,3,4,5,6,7,8,9]。
本文采用无差像点法对某型号经纬仪1 m口径抛物面主反射镜的反射面面型精度进行检测, 和辅助反射镜已知面型分别进行Zernike拟合, 从而分离出主镜本身的面型精度, 为进一步的分析提供数据和依据。
用Zernike多项式的协方差矩阵的线性变换来直接求解多项式系数的方法不需经过正交化过程, 很适合于编写拟合过程的计算机程序[10,11,12]。
2 辅助平面镜
本次检测使用的平面镜外径Φ1 050 mm, 中心有效直径Φ160 mm, 厚度160 mm, 材料为微晶玻璃。支承方式为吊带支承。其面型精度RP=0.020 6λwv=λwv/48.5=13.04 nm (λwv=632.8 nm) 。检测干涉图如图3所示。
同时可以得到辅助平面镜面型精度的36项Zernike拟合公式:
3 主镜面型精度检测
本文被测主镜材料为微晶玻璃, 有效通光口径Φ1 000 mm, 中心有效直径Φ200 mm, 边缘厚度140 mm, 反射面为抛物面。支承状态为安装在主镜室中。
使用4D干涉仪及3中辅助平面镜, 按2.2 (2) 中无像差点方法对其进行检测, 得到如图4所示干涉图。其面型精度RP=0.029 6λwv=λwv/33.8=18.73 nm (λwv=632.8 nm) 。
同时可以得到主镜检测面型精度的36项Zernike拟合公式:
4 主镜实际面型
使用无像差点法检测主镜, 其结果包含了辅助平面镜带来的影响。如果要对主镜在支承系统中的不同状态进行更精确分析, 就要将检测结果中辅助平面镜的影响排除。
由于检测时光线在主镜上进行了两次反射, 在辅助平面镜上进行了一次反射, 所以主镜实际面型的36项Zernike拟合公式为:
其面型精度R0=0.024 5λwv=λwv/40.8=15.5 nm (λwv=632.8 nm) 。面型云图如图5所示。
5 误差分析
1) 36项Zernike拟合公式排除了各高频项, 与实际面型不可能完全一致, 会使分析结果产生一定误差;
2) 干涉仪检测主镜和平面镜面型精度时, 取的是多组检测的最优值, 与真值之间亦存在微小误差。
6 结论
1) 使用4D干涉仪及3中辅助平面镜, 按2.2 (2) 中无像差点法对某1 m口径抛物面主镜面型精度进行检测, 得到如图4所示干涉图及面型精度 (RP=0.029 6λwv) 。
2) 根据干涉仪检测结果对辅助平面镜和被测主镜面型精度分别进行拟合, 得到36项Zernike拟合公式, 见公式 (1) 、公式 (2) 。
3) 根据公式 (3) , 得到排除辅助平面镜影响后的支承系统中主镜实际面型的36项Zernike拟合公式, 以及面型精度 (R0=0.024 5λwv) 和如图5示面型云图。
参考文献
[1]谢高容.非球面镜片面型检测技术综述[J].光学仪器, 2007, 29 (2) :87-90.
[2]师途, 杨勇英.非球面光学元件的面形检测技术[J].中国光学, 2014, 7 (1) :26-46.
[3]张坤领, 林彬, 王晓峰.非球面加工现状[J].组合机床与自动化加工技术, 2007 (5) :1-5;10.
[4]张金平.夏克-哈特曼波前传感器检测大口径非球面应用研究[D].长春:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2012.
[5]王孝坤.激光跟踪仪检验非球面面形的方法[J].光子学报, 2012, 41 (4) :379-383.
[6]卢文川, 张金平, 等.Shack-Hartmann波前传感器非零位在轴检测离轴非球面反射镜[J].光学技术, 2012, 38 (4) :410-414.
[7]雷柏平, 伍凡, 陈强.大口径非球面Ronchi光栅测量方法[J].光电工程, 2007, 34 (5) :140-144.
[8]SELKE L A.Theoretical elastic deflections of a thick horizontal circular mirror on a double-ring support[J].Appl Opt, 1970, 9 (6) :1 453-1 456.
[9]NELSON J E, LUBLINER J, MAST T S.Telescope mirror supports:plate deflections on point supports[J].SPIE, 1982, 333 (12) :212-228.
[10]刘月爱.条纹分析中一种简单的Zernike多项式拟合方法[J].光学学报, 1985, 5 (4) :368-373.
[11]MACK B.Deflection and stress analysis of a 4.2-m diameter primary mirror of an altazimuth-mounted telescope[J].Appl Opt, 1980, 19 (6) :1 000-1 010.
[12]WILSON R N.Reflecting telescope opticsⅡ, manufacture, testing, alignment, modern techniques[M].Berlin:Springer, 1999:242-259.
大口径非球面 篇2
随着现代光学与电子信息技术的飞速发展,应用于航天航空、电子、激光以及通讯领域的各种光电产品不断涌现,其性能要求也越来越高。在批量制造非球面光学元件时,非球面模具的表面质量及精度要求越来越高[1]。光学模具材料多数为脆硬材料,采用磨削方式可以获得高效率与高精度[2]。小口径凹非球面模具的磨削必须采用大刚度的小直径砂轮利用合理的方式磨削。利用小直径砂轮超精密磨削硬脆材料时,机械、物理和化学作用使得砂轮非常容易磨损,切削能力下降快,磨钝后的修整比较困难,也导致加工工件的形状精度偏差[3,4]。
目前国外已具有比较完善的小非球面超精密磨削装备及工艺方法,而国内的小口径非球面磨削加工工艺与方法还有待深入研究。非球面磨削一般采用圆弧砂轮包络法或者平行磨削法。Suzuki等[5]对口径1mm以下的非球面磨削加工工艺进行了深入研究。Saeki等[6]利用平行磨削法对非球面模具进行了加工。Rahman[7]则对非球面进行了ELID磨削及软件补偿。郭隐彪等[8]对非轴对称非球面平行磨削及误差补偿进行了研究。Chen等[9]对口径为6mm的小型非球面进行了磨削研究。欧阳渺安等[10]利用小型非球面超精密直轴磨削加工机,获得形状误差PV 0.306μm以下的非球面。
为了研究小口径非球面模具的超精密磨削过程中砂轮磨损及补偿等相关问题,本文通过分析常用的超精密磨削方式,提出斜轴磨削方法,探讨超精密斜轴磨削小口径非球面时砂轮的磨损状况,并进行补偿研究,从而提高小口径非球面的形状精度。
1 小口径非球面斜轴磨削方式
轴对称非球面的磨削一般采用如图1a所示的直交轴磨削方法。砂轮主轴与工件主轴相互垂直,砂轮轴线与工件轴线保持垂直,加工后的零件表面会产生明显的磨削条纹,影响零件的表面质量。若曲面的最小曲率半径较小,则只能用更小直径的金刚石砂轮进行磨削;若非球凹面较深,则砂轮轴与工作垂直放置方式将会使砂轮轴与工件发生干涉。因此直交轴磨削主要应用于大中型非球曲面零件的加工。
为了更好地磨削小口径非球面,本文采用斜轴磨削法加工非球面,如图1b所示。加工时砂轮轴线与工件轴线位于OXZ平面内并呈一定的角度。砂轮沿X方向进给的同时绕B轴摆动,并保持砂轮的磨削点(砂轮顶点)不变。斜轴磨削方式通过控制X、Z、B三轴,使加工点始终保持在B轴的旋转中心处。这种方式能够准确地控制砂轮的磨削路径,编程控制更为简单。另外,磨粒的切削方向同工件的旋转方向是平行的,磨削加工后工件表面的粗糙度小。
(a)直交轴磨削 (b)斜轴磨削
2 砂轮磨损与补偿分析
2.1 砂轮磨损测试
在硬脆材料的磨削过程中,小直径微细砂轮容易磨损。砂轮磨损主要有三种类型:由机械磨损和化学磨损造成的砂轮磨耗磨损、砂轮磨粒的破碎与脱落造成的磨损、砂轮的堵塞粘附。砂轮磨损量与砂轮和加工工件的材料、形状以及加工条件有关。
当小口径砂轮的磨损量非常小时,很难采用直接测量的方式对砂轮的磨损进行准确测量。由于砂轮磨削石墨材料时的磨损非常小,可以将砂轮的磨损形状复制到石墨材料上。因此,对小口径砂轮圆弧半径采用间接测量方法。研究砂轮磨损规律可以采用图2所示的砂轮磨损测试方法进行。将砂轮磨损处修整为直角,即磨削处的圆弧半径近似为零;试加工磨削工件,确定加工深度、加工次数以及加工长度;加工完毕后,用磨损后的砂轮在石墨材料上加工一条短的直线形凹槽。利用形状轮廓仪对该石墨的加工区域的横截向进行测量,为了准确,可以在不同的位置测量3～5次;利用计算机数据处理软件对测量的数据进行去噪、滤波与平均化处理;选择合适的区域拟合成一个新的最佳砂轮半径,该轮廓误差反应了砂轮几何误差情况。砂轮磨削点的圆弧由于被磨损逐渐变大。当加工圆弧非常小时,其磨损比较快;随着磨削次数的增加,圆弧曲率半径逐渐变大;随着圆弧半径的变大,单位时间内磨损量也渐渐变小。
2.2 砂轮磨损状况分析
利用直径为0.275mm的#1200微细树脂基砂轮对小口径非球面(曲率半径为250μm,口径为250μm)进行直交轴磨削实验,砂轮旋转速度为120 000r/min,切深为0.5μm,进给速度为0.05μm/r。图3所示,随着磨削次数的增加,砂轮磨损量逐渐增加,但是磨损速度逐渐下降。
2.3 砂轮半径误差
砂轮经过磨损或修整后,其实际半径与理想半径存在一定的误差,从而使工件产生明显的加工误差。图4为凹非球面砂轮的形状误差示意图。f(x)为设计的非球面曲线方程。由点A、B、C几何关系可以得到:
Δh(x+ΔRsinθ1)=f(x+ΔRsinθ1)-
f(x)+ΔRcosθ1-ΔR (1)
式中,θ1为设计曲线在x处的法线夹角。
确定x后,则x′=x+ΔRsinθ1可以确定,因此根据式(1),该点的残余偏差Δh(x′)
可以获得。砂轮偏小时,ΔR为负值。
3 斜轴磨削磨损与补偿实验
小口径非球面模具的斜轴磨削在一台四轴(X、Y、Z、B)超精密机床上进行,如图5所示。X、Z两轴的分辨率为1nm,Y轴分辨率为100nm,B轴分辨率为0.0001°。非球面工件安装在工件主轴上,工件主轴可以沿Y轴垂直上下运动;Y轴平台安装在Z轴平台上,并随Z轴进行左右运动;安装砂轮的磨削主轴置于机床右侧的B轴旋转平台上。实验中,采用直径6mm的圆柱形砂轮,工件为凹非球面的碳化钨模具,非球面方程为
式中,Rbase为基圆半径,Rbase=7.4mm;k为非球面系数,k=-0.7;A4、A6、A8为非球面高次项偏离系数,A4=4.4×10-5,A6=8.4×10-8,A8=-6.4×10-10。
首先利用#325铸铁基砂轮快速获得非球面形状,然后利用#2000树脂基微粉砂轮进行超精密磨削和磨损误差补偿。表1所示为磨削实验条件。图6a所示为对心误差补偿前的形状误差。根据测量结果,从测量数据中分离出的砂轮对心误差为-2.7μm,砂轮半径误差为3.2μm。调整砂轮的对心位置后,补偿砂轮半径误差,生成新的补偿路径。沿着新的磨削路径进行下一次补偿精磨后,形状精度为PV 359nm,如图6b所示。由实验结果可知,斜轴磨削小口径非球面时,在补偿砂轮半径误差后,形状精度得到了明显地提高。由于超精密磨削中机床硬精度的限制、砂轮磨粒非均匀性、磨削过程中速度非一致性以及各种随机误差的影响,形状精度很难低于0.1μm。如果要进一步提高形状精度,则必须进行相应的形状误差补偿磨削。
4 结语
本文对小口径非球面斜轴磨削时砂轮磨损及误差补偿进行了深入研究。通过对比直交轴磨削方式,提出了适用于小口径非球面加工的单点斜轴磨削方法。该方法能够有效地避免砂轮与工件之间的干涉,并能提高工件表面质量。利用小直径砂轮进行斜轴磨削时,砂轮磨损导致的半径误差将影响到工件的形状精度,其磨损量可以通过石墨材料轮廓复制的方式进行间接测量。最后利用小口径非球面斜轴磨削方法,在超精密磨床上利用圆柱形砂轮对口径为6mm的超硬碳化钨的凹形非球面模具进行超精密单点斜轴磨削实验,并对砂轮磨损误差进行了补偿。补偿后,口径为6mm的非球面形状精度由PV 1929nm变为PV 359nm。
摘要：通过对比常用的圆盘砂轮的直交轴磨削方式,提出了小口径非球面斜轴磨削方法,探讨了斜轴磨削小口径非球面时砂轮的磨损测试方式与磨损量的变化规律,研究了砂轮半径误差对工件形状精度的影响。最后利用多轴超精密磨床对口径为6mm的非球面碳化钨模具进行磨削实验,砂轮半径磨损补偿磨削后,模具形状精度由PV 1929nm变为PV 359nm。
关键词：小口径非球面,斜轴磨削,磨损,误差补偿,半径补偿
参考文献
[1]邓朝晖,伍俏平,张高峰,等.新型砂轮研究进展及其展望[J].中国机械工程,2010,21(21):2632-2638.
[2]袁巨龙,王志伟,文东辉,等.超精密加工现状综述[J].机械工程学报,2007,43(1):35-48.
[3]Yin Shaohui,Wang Yu,Fan Yufeng,et al.One-point Nano-grinding Technology of Micro-as-pherical Glass Lens Mould[J].Advanced Materials Research,2010,97-101:4217-4220.
[4]Wang Yan,Zhou Xiaojuan,Hu Dejin.An Experi-mental Investigation of Dry-electrical Discharge Assisted Truing and Dressing of Metal Bonded Dia-mond Wheel[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2006,46(3/4):333-342.
[5]SuzukiH,Syoji K,Katsuo S,et al.Studies on Preci-sion Grinding of Micro Aspherical Surface(3rd Re-port)-Micronizing of Aspherical Surface in In-clined Rotational Grinding[J].JSPE,1998,64(9):1350-1354.
[6]Saeki M,Kuriyagawa T,Lee J,et al.Machining of Aspherical Molding Dies Utilizing Parallel Grinding Method[C]//Proceeding of the16th Annual Meet-ing.Crystal City,Virginia,2001:433-436.
[7]Rahman S M,Saleh T,Lim H S,et al.Developmentof an On-machine Profile Measurement System in ELID Grinding for Machining Aspheric Surface with Software Compensation[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2008,48(7/8):887-895.
[8]郭隐彪,黄元庆,田波,等.非轴对称非球面平行磨削误差补偿技术研究[J].机械工程学报,2002,38(5):118-121.
[9]Chen Fengjun,Yin Shaohui,Huang Han,et al.Pro-file Error Compensation in Ultra-precision Grind-ing of Aspheric Surfaces with On-machine Meas-urement[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2010,50(5):480-486.
大口径非球面 篇3
依托FAST项目即将建成的机遇,发挥FAST世界唯一和最大的品牌效应,把握机遇,搭建平台,抢占先机大力发展FAST时代旅游、FAST时代大数据产业、FAST时代科普等相关产业,促进贵州省经济、旅游、科技、教育和文化事业的发展。
1 FAST时代提升贵州的国际化地位
作为国家九大科技基础设施之一,落户于贵州省黔南布依族苗族自治州的500m口径球面射电望远镜简称的建设受到全国乃至世界的瞩目,因为FAST,贵州成为世人瞩目的国际天文学术中心,成为中国傲视苍穹的“天眼”,成为贵州展现给世界的新窗口建立迈向国际的通道。
天文是国际化的学科,FAST也是国际化的科研制备,FAST是一张世界级的名片加速贵州的国际化,而如何打造FAST这个国际品牌,当阿雷西博射电望远镜巨大的天线作为外景出现在好莱坞影片《接触未来》和007系列影片《黄金眼》中后,它壮美的景观至今还让全世界的观众记忆犹新,另外贵州还要考虑举办国内国际会议(国际天文年会分会、中国天文年会、云上贵州·大数据国际年会、等)、国际知名专家报告会(诺贝尔奖获得者、院士、知名专家等报告会)、驻华大使以及使领馆人员访问等方式利用FAST世界第一品牌宣传贵州,利用FAST时代到来提升贵州的国际化地位。
2 FAST时代突现贵州科技教育国际化水平
500m口径球面射电望远镜利用贵州喀斯特地区的洼坑作为望远镜台址,建造世界第一大单口径射电望远镜,其拥有30个标准足球场大的接收面积。FAST作为世界最大的单口径望远镜,将在未来20~30年保持世界一流地位。全新的设计思路,加之得天独厚的台址优势,使其突破了望远镜的百米工程极限,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。
3 FAST时代托起贵州国际旅游新平台
贵州拥有FAST得天独厚的资源,就必须利用好这个“天眼”,瞄准新兴科技旅游,做到世界“唯一”,严格按照《500m口径球面射电望远镜项目贵州省配套设施建设总体规划》及《平塘国际射电天文科普旅游文化园规划》,力争一切可能争取丰富完善大射电旅游配套设,建造好一台乘风破浪的强大引擎。
FAST时代将形成独特的科技、人文和自然奇观,FAST时代与高铁相接合、多角度设计拓展线路,多层次开辟客源市场,加速贵州旅游走向市场化、国际化的步伐,带动贵州旅游文化产业发展。FAST时代与高铁相接合、多角度设计拓展线路,多层次开辟客源市场,加速贵州旅游走向市场化、国际化的步伐,带动贵州旅游文化产业发展。
4 FAST时代助力贵州大数据产业发展
2014年2月,贵州省政府发布了《贵州省大数据产业发展应用规划纲要2014—2020》,将大数据产业上升为全省的战略高度,并提出把贵州打造成“具有战略地位的国家西部大数据聚集区和国家云计算产业的厚积薄发高地”。FAST建成后的将产生海量的天文数据。海量的天文数据不仅给天文学家带来了巨大的机遇和挑战,同时也需要解决大数据应用的计算存储、数据处理与分析、数据挖掘与统计、大数据信息安全、数据共享交换等关键技术问题。
5 FAST时代提高贵州公众科普文化素质
相对于发达地区,贵州省人民群众具备基本科学素质的比例偏低,科学普及途径、方式、方法还相对比较落后;FAST时代立足于对中小学生、大学生和公众科普活动,从多个角度宣传贵州区域特色的科技知识,开展天文科学知识普及,对提高公众科学文化素质,启发和培养青少年的科学探索精神,FAST时代必将使贵州成为西部地区重要的科普教育基地;打造成为贵州重要的科学宣传新门户,提高贵州公众科普文化素质。
结语
依托FAST项目即将建成的机遇,为了发挥FAST世界唯一和世界最大的品牌效应,贵州省应把握机遇,搭建平台,抢占先机大力发展FAST时代科技、FAST时代旅游、FAST时代大数据产业、FAST时代科普等相关产业,FAST不仅对推进世界天文学事业发展具有重大意义,而且对贵州科技、教育、经济和大数据产业的发展具有重大推动作用。
参考文献
[1]南仁东.FAST——500m口径球面射电望远镜[J].中国国家天文,2009(11):16-23,8.
[2]严俊.天文与天体物理研究现状及未来发展的战略思考[J].中国科学院院刊,2011:26(05):487-495.
[3]颜茵.大数据时代贵州文化产业发展机遇探析[J].新西部,2015(04):12-14.
[4]徐新.贵州大数据战略的实施:大数据综合体的价值思考与产业构想[J].商,2014(25):189-191.
大口径非球面 篇4
项目正式开工
作为工程管理方的中国中元按照管理程序和预案，组织了台址开挖工程开工前的各项准备工作，与施工单位交接了现场，并移交台址开挖工程控制网；在现场组织了设计图纸会审和设计交底会；召开了台址开挖工程《施工组织设计》以及爆破、隧道工程等特殊工序作业的《施工方案》评审会等。上述各项准备工作完成后，2011年3月5日按计划准时发布了开工指令，至此台址开挖工程进入到了正常的工程施工阶段。
FAST台址开挖工程是对选定的500米口径球面射电望远镜的建设地点——自然形成的大窝凼洼地进行挖方整形工作，使其满足500米口径的反射面及促动器、地锚和圈梁等相关单元在其空间内正常安装和运行的条件。同时为满足FAST建设及建成后的运行和维护要求所要进行的危岩治理、边坡支护，检修道路和桥梁，以及排水隧道等工程施工。
台址开挖工程是FAST工程的第一个进入工程施工的系统，开局之作意义重大，特别是工程进度能否按时完成，将直接影响工程总体进度的控制。
台址开挖工程难度大项目管理人员任务重
大窝凼洼地是个四面环山的自然天坑，只有一个靠人工打通的南垭口作为施工通道。反射面土石方开挖，危岩治理与边坡支护，检修道路、桥梁以及排水隧道等分部工程均在大窝凼内的一个作业面内立体交叉作业，显然，无论是安全管理还是考虑施工作业间的相互干扰，施工组织难度都很大。为此，中国中元与施工单位进行了认真仔细地沟通，共同研讨其制定的《施工组织设计》，寻求合理的施工方案。台址开挖工程施工工期为18个月，在其制定的工程进度计划网络图中，关键线路上的两项工作紧密相连，即反射面开挖工程和排水隧道工程。排水隧道工程施工至少需13个月的时间，也就是说反射面开挖工程必须在5个月内完成；如果考虑清表和施工便道作业时间，则反射面开挖施工也仅有3个月的时间，而该工程86万方土石方工程量中的55万方属于反射面开挖，显然这是个不可能完成的任务。
为此，中国中元结合施工总平面，通过对现场和周边实地的踏勘调研，提出了排水隧道由大窝凼内的入口施工改到首先在排水隧道出口进行施工，大窝凼具备条件后再由入口和出口同时相向施工的方案。方案经各方慎重讨论确定可行后，项目管理人员积极协助甲方与当地政府进行协调，解决了排水隧道出口的施工场地、道路和弃渣等临时用地问题。按照新的方案调整《施工组织设计》后，相当于在大窝凼之外又开辟了一个新的作业面，大大缓解了施工现场组织难度和工期压力，为台址开挖工程按时甚至提前完成提供了合理的保证。
FAST台址开挖工程的另一个难点就在危岩治理。为了确保FAST建成后不因自然灾害等原因造成损害，必须对环绕大窝凼山体上的危岩进行治理。危岩的治理方法无非是清理或者防护，但治理要掌握“度”，治理不到位会留下安全隐患，而过度治理会带来工程量的增加，导致工程进度的延长和造价的增加。由于山高（距大窝凼底部270米）、路险（有的几乎无路）和植被覆盖等原因，工程设计勘察人员在设计过程中对危岩治理部分只能做到概念设计深度，无法指导施工。为此，中国中元提出了“信息化”施工的概念，按照“信息化”施工的设想，和甲方一起组织设计、监理和施工技术人员，现场实际勘查，根据清表后揭示的各危岩体的实际情况，现场明确治理方案，并以此开展施工。
FAST:球面射电望远镜的奇葩
FAST建成后将作为世界最大的球面射电望远镜为世界瞩目，目前，已经有美国、德国和澳大利亚等国的科研组织预约了天文观测项目；根据国家西部大开发战略，以FAST为核心的区域配套规划也在制定之中；按照国家和贵州省的区域配套规划要求，FAST不仅作为天文科学研究基地，也将作为国家级的天文学科普基地；FAST还将与堪称世界地质奇观的“中国共产党藏字石”、平塘漏斗天坑等景观一起，作为旅游圣地吸引中外游客。
后记
FAST研究涉及了众多高科技领域（天线制造、高精度定位与测量、高品质无线电接收机、传感器网络及智能信息处理、超宽带信息传输、海量数据存储与处理），是我国科学家在20年科学研究工作基础上独立设计、建造的世界上最大口径的射电望远镜。未来的20～30年，FAST将在世界保持领先地位。FAST的建成也将把我国深空测控及通讯能力由地球同步轨道延伸至外缘行星并强有力地支持我国载人航天、探月和未来的深空探测计划。
今后，FAST的关键技术成果可应用于诸多相关领域，如大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量、大型工业机器人研制以及多波束雷达装置等。其建设经验也会对我国制造技术向信息化、极限化和绿色化的方向发展产生重大影响。
大口径非球面 篇5
科学技术是第一生产力, 是推动经济社会发展的主要力量。国民的科学文化素质是一个国家的核心竞争力之一, 是实施科教兴国战略和可持续发展战略的关键。
大力发展科普教育成为提高全民科学文化素质的重要措施, 也是提高我国核心竞争力的重要手段。天文学是一门古老而又始终保持强大社会进步推动力的科学。
历史上, 计时和历法的产生无疑是人类摆脱蒙昧的一种重要标志, 对太阳系行星运动的探究成经典力学牛顿力学体系的基础。
在现代, 天文学在探索天体和宇宙演化的同时, 还为人类的太空探索奠定了理论基础, 推动航天和深空探测等高科技领域不断向前发展。天文学历来与哲学的发展行影相随, 只有正确的宇宙观才能与马列主义世界观相生相伴。天文学以其固有的神秘性和探索性拥有成千上万的爱好者, 特别是在中小学生以及大学生中具有强烈的吸引力, 在启迪青少年的聪明才智, 推动社会发展和科学进步中具有不可替代的作用。
2007年7月经国家发展与改革委员会立项批准, 在贵州省黔南自治州平塘县建设国家重大科技基础设施-500米口径球面射电射电望远镜 (简称FAST) [1] (如图1) , 2008年3月进行了可行性研究报告评估, 并于2008年12月26日举行了奠基仪式开工建设, 项目正在按计划进行 (如图2) , 将2016年9月完工。
国家大科学工程FAST项目落户贵州, 不仅对贵州在提升天文学科研实力等诸多方面提供难得机遇, 而且将十分有助于贵州省科普教育事业的发展。
天文学以其固有的神秘性和探索性拥有成千上万的爱好者, 特别对青少年中具有强烈的吸引力, 在启迪青少年的聪明才智, 推动社会发展和科学进步中具有不可替代的作用。
该平台不仅能够提高贵州省在全国的竞争力和影响力, 对于推动贵州省的经济、教育和文化的加速发展与进步起重要作用。
科普云, 即利用国际公认的、具有极限扩充和服务功能的云技术从事科普工作。
它借助传媒聚合科普资源, 拓展科普载体, 畅通传播渠道, 完善终端服务, 构建全新的科普服务模式, 开展科普信息传播活动, 从而实现全天候、全领域、全方位、全媒体、全终端科普资源、科技信息资源的共享服务平台。贵州省公民科学素质的比例相对较低[2,3]。
但随着信息技术的普及改变了公众获取知识的途径, 传统模式的科普工作受到极大挑战, 北京市科协于2012年建设了国内第一个采用云计算技术建设的大型公益网站———“蝌蚪五线谱”[4,5]。
对于发达地区, 如秦皇岛市在国内开通了首个动产科普社区公共服务平台, 使河北省云科普研究和开发进入实际大规模运用阶段, 安徽省科普产品工程研究中心已经把基于“科普云”技术的科普传播平台应用于社区科普中, 在未来, 平台上还可以导入广告系统, 实现社区科普事业发展的良性循环, 在国内, 云计算发展非常迅速[6,7], 有关云计算的研究主要集中在云计算理论以及在政府、商业、教育、农业、林业等领域的应用研究, 在科普中的应用研究很少涉及, 贵州急需加强科普服务平台建设。
2 国内外天文科普基地和科普云建设的研究现状
在国际上, 科普作为科技和教育的一个交叉环节, 也因此受到越来越多的国家的政府的高度重视。很多国家的政府通过政策、立法、组织、资金等手段, 积极推动本国科普事业的发展。
国外发达国家非常重视对公众的科普教育工作。凡国家设立的科研机构都定期对公众开放, 科学家也很注重把自己研究的科研领域向公众做深入浅出的介绍。美国政府近年来特别重视科普, 这很大程度上得益于国会的促进和支持。
由于美国联邦政府没有专门的科技行政管理部门, 政府在科技领域的目标任务是通过国家科学基金会 (NSF) 、航空航天局 (NASA) 、能源部、商务部等分头承担的, 美国国会因此明确要求这些政府部门和机构都要担负相关的科普职责, 并通过预算、年度报告、听证会等手段监督其科普工作实施情况。
在美国、西欧和日本, 由于经济非常发达, 天文馆和科普天文台非常普及。很多天文台是私人所有的庭院天文台。望远镜的口径有达到1米的。非常普遍的是30~60厘米。并且很多都可远程网络观测, 因此他们在AAVSO (美国变星观测协会) 的组织下, 进行有计划有组织的观测和发部资料, 特别是关于许多长周期变星和激变变星的观测。
这类变星专业天文学家很难或干脆不可能获得完整的观测资料, 非常需要爱好者们的帮助。在东欧的捷克、波兰和匈牙利, 这类天文台和观测也相当普及。他们使用这些仪器有计划地进行变星和小行星观测。并把观测结果在网络上发布, 参与观测的人员具有相当水平的专业训练, 使得观测资料具有科学研究价值。
在我国, 长期以来, 科普经费不足是困扰科普事业的一个老大难问题。近年来, 我们国家和政府已经加强了对科普工作的支持和引导, 特别是政府和各级部门对科普事业的投入逐年增多, 在这种大好形式下, 怎样更快更好更多地把科研成果转化为公众可接受的普及知识仍然是亟待我们去探索的重要课题。
目前国内出版的科普作品种和数量都不算少, 但也存在着许多问题, 比如:重视具体知识的普及而不重视科学体系和思想方法的普及, 重视自然科学的传播而不重视社会文化的延续, 科普创作和传播手段不相适应, 科普队伍的素质与社会需求存在差距, 科普投入的急功近利与实际资源的合理利用也存在很多问题等等。
这些都有待我们在工作中逐步改善以适应社会日益增长的需求。对于北京、上海、南京、云南、新疆等在省市在天文科普方面走到前列, 而贵州还是相对比较落后。
为了提高贵州对天文科普的广泛兴趣与关注, 目前贵州省可基于500米口径球面射电望远镜 (FAST) 建设国际化的科普基地。
我国的科普经费虽在逐年上升, 但总体而言, 仍处于资金严重不足的状态, 科普办公网站的服务对象还不够广, 各科普网站之间独立运作, 无法联通, 缺乏协作和资源共享, 造成同一水平的网络科普平台重复建设, 并出现信息孤岛现象。
科普网站的信息内容相对缺乏, 科普办公网站的服务对象还不够广, 各科普网站之间独立运作, 无法联通, 缺乏协作和资源共享, 造成同一水平的网络科普平台重复建设, 并出现信息孤岛现象。
近年来贵州省紧紧围绕《全民科学素质行动计划纲要》, 按照省、市科协指导要求, 以加快发展为主线, 以“贴近实际、贴近生活、贴近群众, 全面普及科普知识”为己任, 逐渐提高贵州省人民群众科学素质和科普知识, 并取得了一定成绩, 但相对发达地区, 贵州省人民群众具备基本科学素质的比例偏低, 科学普及途径、方式、方法还相对比较落后;同时科普服务面向广大民众, 具有点多、面广、相对分散的特点, 随着科学技术的发展, 科普的内容和科普工作任务不断加重[8]。
北就、河北、天津等省市发展相对比较好, 而贵州正在起步阶段, 目前贵州省可基于500米口径球面射电望远镜 (FAST) 建设国际化的科普云平台建设。
3 基于世界最大500米口径球面射电望远镜的国际科普基地建设
国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜 (简称FAST) 项目是中科院与贵州省共建的一个重大科技项目, 建设后FAST将成为世界最大的单口径球面射电望远镜, 并在未来二十年至三十年内保持世界领先地位。
FAST项目建设将使贵州省在较短时间内发展成为国际一流的天文学交流中心和世界天文重要科普基地的之一。
FAST时代立足于对中小学生、大学生和公众进行科普活动, 从多个角度宣传贵州区域特色的科技知识, 开展天文科学知识普及, 会大大提高公众科学文化素质, 启发和培养青少年的科学探索精神, 提高贵州公众科普文化素质[8]。
基于世界最大500米口径球面射电望远镜的搭建贵州天文科普平台, 建设基础天文设施, 开展天文科学知识普及, 提高公众科学文化素质, 这对社会公众特别是青少年是非常必要的, 对于启发和培养青少年的科学探索精神, 提高我国的国民科学素养有重要的现实意义。
天文学以其固有的神秘性和探索性拥有成千上万的爱好者, 特别对青少年中具有强烈的吸引力, 在启迪青少年的聪明才智, 推动社会发展和科学进步中具有不可替代的作用。
科普平台不仅能够提高贵州省在全国的竞争力和影响力, 对于推动贵州省的经济、教育和文化的加速发展与进步起重要作用。
有关设备将向高校、初高中、公众等群体开放, 从多个角度宣传天文科普, 力争把贵州基于世界最大500米口径球面射电望远镜的科普平台建设发展成为国际重要的天文科普与教育基地。
4 基于世界最大500米口径球面射电望远镜的科普云建设
贵州目前正在发展大数据产业, 移动、联通等公司大型服务器都落户贵州, 有助于基于世界最大500米口径球面射电望远镜的科普云建设。
科普云未来将成为科普传播的重要途径, 网络科普及科普信息化在科普工作中扮演着越来越重要的角色, 并充分发挥着它的优越性信息技术逐渐成为科普服务的重要途径。
为了减轻科普组织的工作量, 实现实时快捷的科普办公, 各科普组织办公基本上实现自动化, 科普管理信息化的范围在不断扩展。在这个过程中不得不面对IT资源投入需求量大、科普资源共享不足、科普项目投资决策难、科普评估工程量大、海量数据处理难等挑战。
云计算是一种新型的网络服务模式和网络平台架构, 它把计算任务分布在大量的分布式计算机中运行, 为用户提供强大的计算能力及存储能力。
在联网的前提下, 用户即便是使用性能较低的本地机器, 也可随时随地、按需获取价格低廉的IT资源。计算资源、存储资源和网络资源等在云平台是以服务的形式提供给用户的, 利用云计算平台架构可以大大的提高IT资源的利用率, 并实现应用程序的快速部署。
基于世界最大500米口径球面射电望远镜的科普云建设目的是构建数字化、全媒体、开放式、交互性的科普平台, 通过精准传递, 实时反馈、定制传播、个性服务、实现全媒体、多终端覆盖, 为公众提供全方位科普服务。
相对其它传统的科普宣传方式 (发资料、办专栏、开讲座、搞展览、赠送图书、路边天文等) 具有较强的创新性, 科普云为传播科普知识、开展便民服务活动开辟一条便捷、高效的新途径, 提高科协的整体服务水平, 成为创建文明和谐社会的助推器, 提高公民的科学自信, 不盲从, 不迷信。
对于贵州来说大部分是阴雨天为主, 影响天文科普的开展, 而基于世界最大500米口径球面射电望远镜的科普云建设借助云计算技术面向公众构建“科普云”, 为科学技术普及提供了颠覆性手段。
科普云探索科普事业发展的新平台, 即使天气阴天也可使公众切实感受到天文的新气象, 增长科学知识, 同时充分利用现代信息传播手段, 科普云将科普工作深入基层, 深入千家万户, 在贵州省大力发展大数据产业和全省公民科学素质偏低的背景下, 现在信息技术高度发达, 手段形式非常新颖, 覆盖面很大, 如果能很好地利用到科普上, 必然会对公众产生吸引力, 推动科普向深度和广度发展, 提高科普工作成效, 为加快实现小康社会、和谐社会的目标做出新的贡献。
5 基于世界最大500米口径球面射电望远镜的的国际化科普基地和科普云建设实施主要内容
5.1 建设国际天文科技展厅
从1922年中国天文学会成立, 到1928年成立中央研究院天文研究所 (紫金山天文台的前身) , 现代中国天文学研究进入了一个全面发展的新时期。
随着国内大型望远镜设备 (例如国家天文台LAMOST和50米射电天线、云南天文台40米天线以及贵州的FAST望远镜) 的建成, 中国天文已经进入了快速发展的新阶段。
国家大科学工程FAST落户贵州给贵州天文学科的发展和天文知识的普及带来难得的历史机遇, 2016年9月份FAST望远镜即将在贵州平塘的建成标志着中国射电天文进入了实现跨越发展的黄金时期。
鉴于此, 建设一个具有历史意义和爱国主义教育意义的国际化的中国天文展厅十分必要。
贵州是一个多民族聚居区, 山区众多且青山秀水, 加之交通不便的地貌特征, 各民族保存着丰富多彩的原生态民族文化传统和独特风俗习惯, 是中华文明多样性保存最完整丰富的地区之一。
发掘和展示蕴藏在各民族传统文化中的天文学历法知识, 对提升贵州民族文化大省的天文内涵和弘扬中华文化的深厚底蕴都有不可替代的作用。
这个部分也是打造未来贵州天文空间科学馆独具特色的内容之一。展厅建设内容包括:
1) 中国天文展厅 (古代和现代的国内学者发现天体图片, 知名天文学家图片, 天文望远镜模型;突出贵州射电天文特色, 专设FAST专门展区) ;
2) 贵州民族天文展厅 (贵州多个民族天文历法及生活生产相关图片和实物等) 等。
5.2 建设大众天文体验坊, 主要内容如下
以射电望远镜为依托, 开发以观天、天文、星空为主题的项目群, 如七色光小屋 (太阳黑子和太阳光谱学实验室) 、黄道十二宫演示厅 (演示每天黄道星座和太阳在黄道上的位置) 、星座迷宫 (利用全天88个星座牌将不同景区串联起来) 、微型仿古天文仪器展 (包括天球仪、浑仪、简仪、圭表和地平经纬仪等) 、星空电磁雨体验厅、射电天文博物馆、星空体验馆等;以天坑群为依托, 开发喀斯特秘境休闲体验项目群, 如建设成为地质生态公园、户外极限运动探秘旅游服务基地;以让游客倾听来自外太空的声音, 与外星人对话, 去探寻宇宙神秘物质, 体验一次好看好玩的星际航行之旅。
5.3 采用多种形式开展路边天文和天文下乡活动
1) 举办丰富多彩的科普活动, 如开办天文爱好者的观星活动 (日月食、月面结构、八大行星、太阳黑子和日珥、星座、星团等) 、开展中小学物理和地理教师培训、中小学生天文知识竞赛等活动。
利用节假日, 开展天文知识有奖竞赛活动和全民天文普及宣传活动, 增加节日气氛和增长天文科学知识。
2) 展览天文仪器和图片, 利用精美直观的天文图片或各种天文设备模型丰富人们对天文事件尤其是和人们生活密切相关的天文现象的认识。
3) 组织天文知识系列科普报告会或专题讲座, 增大科普宣传力度, 以满足各年龄段和各种文化层次的人群对探索宇宙奥妙的知识需求。
5.4 建设天文科普教育网站
利用现代网络、多媒体等手段提高大众科普活动的效率和信息共享水平, 我们将重点建设天文专业资源库和大众天文网站, 如黔南天文局网站, 不仅可以服务于专业技术工作者, 而且还可服务于天文爱好者。
这一则有利于教学和科普, 二则对天文学科后备人才培养、服务地方经济、文化、教育和旅游产业的发展起到重要推动作用。
6 结论
目前贵州省天文科普工作还比较滞后, 为了引起公众对天文科普的广泛兴趣与关注, 基于500米口径球面射电望远镜 (FAST) 的国际化科普基地和科普云建设, 以满足天文爱好者深入了解天文知识的需要。利用科普基地和科普云能使大众享受到更加及时、深入、人性的科普体验, 推动科普向深度和广度发展, 提高科普工作成效。
如基于个人电脑的互联网开放平台-服务平台、基于手机 (平板电脑) 等移动终面的移动科普云, 和基于室内固定终端的大尺寸科普云屏, 远程的天文科普等。
通过互联网和移动互联网, 引流创新传播渠道, 构建起即时响应、分众传播的科普资源“大数据”共享平台。这不仅有利于教学和科普, 而且对FAST后备人才储备、服务地方经济、文化、教育和旅游产业的发展极为有利。
摘要：国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜 (简称FAST) 项目是中科院与贵州省共建的一个重大科技项目, 建设后FAST将成为世界最大单口径天文射电望远镜, 并在未来二十年至三十年内保持世界领先地位。FAST项目建设将使贵州省在较短时间内发展成为世界天文重要科普基地的之一。为抓住这个历史的机遇, 搭建基于世界最大的500米口径球面射电望远镜的国际化科普基地和科普云平台建设, 开展天文科学知识普及, 提高公众科学文化素质, 这对社会公众特别是青少年是非常必要的, 对于启发和培养青少年的科学探索精神, 提高我国的国民科学素养有重要的现实意义。
关键词：FAST,贵州,科普基地,科普云,射电天文望远镜
参考文献
[1]南仁东.FAST——500米口径球面射电望远镜.中国国家天文, 2009.
[2]洪广玉."科普云"带来颠覆式体验.北京科技报, 2013.
[3]吴永哲.满城开通国内首个云科普服务平台.河北日报, 2014.
[4]莫晓云.基于云计算的科普服务平台研究.广东技术师范学院硕士学位论文, 2013.
[5]北京电信承建国内首个云计算科普网站.
[6]缪琴.市科协第八次代表大会谋划未来五年科协工作"路线图".成都日报, 2014.
[7]齐鑫.移动互联网科普产品开发策略的研究.西北农林科技大学, 2012.
非球面磨削系统的研究 篇6
其中机械部分由床身、液压系统、冷却系统、砂轮架、润滑系统、金刚轮架、动平衡系统、X、Z直线导轨传动机构、C轴传动系统组成。实际使用时, 将透镜装在工件上, 由X、Y、C三轴联动实现对透镜的高精度磨削加工。磨床结构示意图如图1所示。
采用三轴精密数控系统控制机床各轴的进给, 每个伺服轴由高精密光栅测量进给精度并反馈到计算机, 实现精密进给。伺服进给精度达到0.5μm。
而本磨床主轴采用液压动静压主轴, 主轴传动系统与主轴之间增设卸荷装置, 减少传动力造成的主轴径向跳动和轴向窜动误差。
磨床导轨采用精密液浮导轨导向, 降低摩擦力造成的进给系统变形误差。驱动系统采用微间隙驱动结构, 消除反向间隙和纵横向偏移量。
2 大口径非球面磨削系统加工原理
大口径非球面磨削加工原理图如图2所示。研究非球面加工工件误差数学模型, 设计高速数据处理软件, 选择高速通信硬件接口, 提供误差补偿加工数据。完成对非球面、平面加工全表面的误差测量和评价。实现测量精度达2um。
3 电气控制系统
电气部分由西门子840D数控系统、驱动系统、检测反馈系统、执行机构、动态平衡系统、砂轮轴变频控制系统等组成, 电气系统构成如图3所示。CNC系统根据输入的程序, 由计算机进行插补运算, 形成理想的运动轨迹。插补计算出的位置数据输出到伺服单元, 控制电动机带动执行机构, 加工出所需的零件。
CNC系统是由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置 (CNC系统) 可编程控制器 (PLC) 、主轴驱动和进给驱动装置等组成。
电气控制系统系统采用西门子840D数控系统及611D驱动系统。控制系统通过扩展可同时控制五个驱动电机。其中一个主轴电机, 四个伺服电机, 五个伺服电机可实现任意三轴联动, 满足非球面加工要求。840数控系统的核心部件是NC和PLC系统。
NC (Num e rical Control) 是数字控制既数控。它是根据NC程序通过一定的算法对刀具运动轨迹进行控制。
PLC (Program m able Logic Controlle r) 是可编程的逻辑控制器。它是根据输入信号依据已编程的控制逻辑去控制执行部件。
CNC是在PLC的监控下进行工作, PLC不但要监控NC, 还要监控外部执行部件。本磨床要求CNC可控制五个轴 (三个进给轴X、Y、B, 二个旋转轴A、C) 。
4 小结
本文先对大口径非球面磨削系统的总体结构作了分析, 并给出了系统的机械组成部分框图, 然后分析了非球面磨削系统的初始加工原理和补偿原理。介绍了砂轮的三种加工方式。最后给出了电气控制部分的构成并描述了加工工艺。
摘要：大口径非球面磨床是典型的机电一体化产品, 有机械机构和电气控制两大部分构成。机械是基础, 电子是灵魂, “机”和“电”有机地融为一体, 两者相互依存, 缺一不可, 两者相互配合才能实现磨削过程的自动化。由于本论文的题目为:大口径非球面光学元件控制系统的研究, 所以本文对控制系统的设计作了较详尽的论述, 而对于机械部分仅对机械部分和磨削工艺做些介绍。
大口径非球面 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选择笔者所在医院眼耳鼻喉科2012年1月-2014年1月收治的白内障患者60例, 共计74眼, 患者入选后按随机数字表法分为对照组及观察组, 其中对照组患者30例, 36眼, 患者年龄57~79岁, 平均 (69.0±11.4) 岁, 其中男16例, 女14例, IOLs屈光度18.4~21.6 D, 平均 (20.3±0.8) D;眼轴长22.0~25.9 mm, 平均 (24.7±0.3) mm, 观察组患者30例, 38眼, 患者年龄59~78岁, 平均 (70.0±10.2) 岁, 其中男17例, 女13例, IOLs屈光度18.8~21.9 D, 平均 (20.6±0.7) D;眼轴长22.7~25.3 mm, 平均 (24.4±0.4) mm, 两组患者性别、年龄、眼轴长及IOL屈光度等比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 具有可比性, 研究内容经医院伦理委员会批准, 符合伦理学要求, 患者均知情同意。
1.2 手术方法
患者术前10 min常规应用丙美卡因滴眼液点眼、开睑, 角膜外侧透明角膜切口3.0 mm, 对侧采用1.5 mm辅助切口, 前房注入硫酸软骨素及透明质酸钠后连续环形撕囊, 充分分离后游离晶状体核, 超声乳化后吸出晶状体核, 抛光后囊, 注入viscoat撑开囊袋, 推注器内注入viscoat安装折叠人工晶体 (对照组采用球面人工晶体, 观察组采用非球面人工晶体) , 抽吸干净前房内及囊袋内的黏弹剂, 在辅助切口处注水, 使切口缘自动闭合, 恢复前房。结膜下地塞米松2.5 mg及庆大霉素20 000 U, 术后嘱患者避免用力咳嗽, 抗菌药滴眼液常规点眼3~5 d。
1.3 观察指标
比较两组患者术后1个月角膜、晶状体及全眼高阶像差差异 (3 mm、5 mm瞳孔直径) 。
1.4 统计学处理
采用SPSS 11.5软件对所得数据进行统计分析, 计量资料用均数±标准差 (±s) 表示, 比较采用t检验, 计数资料采用字2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
两组术后1个月检查术眼高阶像差, 瞳孔3 mm及5 mm直径时, 观察组患者角膜、晶状体及全眼高阶像差均低于对照组, 差异具有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。
*与对照组3 mm瞳孔直径时比较, P<0.05;△与对照组5 mm瞳孔直径时比较, P<0.05
3 讨论
白内障摘除人工晶体植入是治疗白内障的主要方式, 传统的人工晶体为球面晶体, 存在明显的球差, 不同方向的光线在视网膜上的成像位置存在一定的差异, 因此存在视物模糊、光斑等成像问题, 降低了患者术后的视觉质量。非球面的光学设计和波前像差技术设计, 能够较好的矫正角膜高阶像差提高视觉质量[2], 通过对人工晶体不同点的曲率的修饰, 使晶状体各个点的屈光度相同, 因此在成像时不同点的光线均能汇聚到相同的点上, 能够提高成像效果, 改善患者的视觉质量[3,4]。
本次研究对白内障摘除人工晶体植入患者分别采用球面人工晶体及非球面人工晶体植入, 术后1个月对两组患者的高阶像差进行比较发现, 在瞳孔3 mm直径及5 mm直径时, 观察组患者角膜、晶状体及全眼的高阶像差均低于对照组, 验证了采用非球面人工晶体植入能够改善患者的视觉成像质量[5,6]。在成年人, 随着年龄增长, 晶状体弹性下降, 眼成像系统存在正性球差增加的趋势, 而且随着年龄的增长, 正性球差不同程度增大, 正性球差的增大导致物体反射光线折射在视网膜成像时光线不能汇聚在一点, 导致光线聚焦位置的变化, 进而导致成像质量下降, 出现视物模糊, 光斑等, 而植入球面晶体后, 球面晶体本身存在正性球差, 植入后增加了眼球的总球差, 导致视觉成像功能的下降, 甚至部分患者植入球面晶体后, 因为正性球差的增加, 导致视物不清, 甚至出现眩晕、头痛等症状。非球面人工晶体通过对晶状体的光学表面进行修饰, 使晶状体不同点的光线均能聚焦到一点, 提高成像的质量[7], 能够减少视物模糊及光斑等导致成像质量下降的症状, 而且非球面晶体具有负性球差的作用, 能够纠正由于角膜等因素引起的正性球差, 降低总球差[8], 对于眼球自身的正性球差具有纠正作用, 因而对于改善眼球折光系统的性能具有积极的作用。有研究显示, 非球面人工晶体对球差的纠正作用与瞳孔的直径有关, 在瞳孔>5 mm时, 其对总球差的纠正作用十分显著, 而在瞳孔直径<2 mm时, 其对总球差的纠正作用显著下降, 其可能与瞳孔较小时经晶状体折射光线的面积相对较小有关, 在瞳孔面积较大时, 晶状体折射光线的表面积较大, 虽然非球面晶体的表面经过光学处理, 但是其仍可能存在微小的球差, 过大的折射面积可能导致球差的产生[9]。
综上所述, 白内障患者治疗中采用非球面人工晶体植入能够改善患者术后的视觉质量, 提高临床治疗效果, 值得临床推广。
摘要：目的:观察非球面与球面人工晶体对白内障摘除晶体置入术后高阶像差的影响。方法:选择60例白内障患者, 随机分为对照组及观察组, 均采取白内障超声乳化摘除人工晶体植入治疗, 对照组采用球面人工晶体, 观察组采用非球面人工晶体, 术后1个月, 比较两组患者角膜、晶状体及全眼高阶像差的差异。结果:术后1个月、3 mm及5 mm瞳孔直径时观察组角膜、晶状体及全眼高阶像差低于对照组, 差异均具有统计学意义 (P<0.05) 。结论:白内障摘除采用非球面晶体植入有利于减少术后高阶像差, 改善视觉功能。
关键词：非球面人工晶体,球面人工晶体,高阶像差,白内障
参考文献
[1]朱海丰, 张亚萍, 李书光, 等.非球面人工晶体设计及人眼瞳孔对其光学性能的影响[J].应用光学, 2010, 31 (4) :557-561.
[2]贾烈曦, 李朝辉.个体化植入非球面人工晶体的临床研究[J].中国现代手术学杂志, 2014, 18 (2) :96-100.
[3]Beiko G H.Personalized correction of spherical aberration in cataract surgery[J].J Cataract Refract Surg, 2007, 33 (8) :1455-1460.
[4]徐仁凤, 黄振平, 杨丽萍.白内障术后不同人工晶状体对比敏感度的研究[J].医学研究生学报, 2007, 20 (3) :266-268.
[5]孙洪周.白内障超声乳化植入非球面人工晶体的临床疗效[J].中国现代药物应用, 2011, 5 (24) :60-61.
[6]周璐, 黄振平.波前像差与角膜地形图联合分析非球面人工晶体对术眼视觉质量的影响[J].医学研究生学报, 2013, 26 (2) :151-154.
[7]赵鹏涛.植入非球面与球面人工晶体手术治疗白内障的疗效分析[J].中国医药指南, 2013, 11 (30) :372-373.
[8]唐耀冰.白内障超声乳化联合非球面人工晶体植入1000例疗效观察[J].中国医药指南, 2013, 11 (11) :647.