离子束加工路径优化及实现研究

发布时间：2020-04-16 16:28

【摘要】：离子束加工技术是在计算机控制光学表面成形理论基础上利用离子束轰击光学元件表面的一种高精度抛光方法,具备精度高、零接触、零应力等优点,在光学领域具有不菲的应用前景。但目前存在加工成本高、加工周期长等问题,又极大的限制了其发展。针对现阶段存在的诸多问题,本文研究了离子束加工路径的优化,目的是为离子束加工探索出一种低耗时、高精度的优化路径,为离子束加工的量产提供理论和技术指导。本文主要研究工作及结论如下:首先,阐述了去除函数数学模型的原理,通过单点试验法得到去除函数实际模型,利用非线性最小二乘法对去除函数进行相应拟合,并对拟合精度进行了相关系数评价,得出结论:峰值去除速率A=131.385nm/min,高斯分布参数σ=2.7683mm,相关系数ρ=0.9665。其次,根据高斯型去除函数叠加理论模型研究叠加后波动率的变化,得出结论:叠加间距在2~5.1σσ之间时叠加后波动率在允许误差3%以下。然后,在光栅路径的基础上对光学元件面形误差数据进行数据群区域划分,数据群区域划分的范围与叠加间距之间关系是r =2~（1/2）2nσ。以各个数据群内所有面形误差数据的平均值作为该数据群的高度值,以光学元件面形误差数据的最低点为加工阈值计算出各个数据群需要去除的高度值,以峰值去除速率A=131.385nm/min计算各个数据群需要停留的加工时间,进而进行路径优化仿真去除。仿真结果为:初始面形误差数据的RMS=0.3797μm,PV=1.977μm,仿真后面形数据的RMS=0.014μm,PV=0.068μm。最后,生成数控代码控制装有离子源的三维导轨完成离子束对样片的路径扫描,完成实物修形。实验结果为:初始面形误差的RMS=0.3797μm,PV=1.977μm,实验后面形数据的RMS=0.017μm,PV=0.079μm。
【图文】：

图 1.1 Kodak 公司的离子束抛光系统图随着离子束加工技术的发展以及其较高的加工精度，德国的行了针对空间光学中必不可少的碳化硅材料的离子束加工工艺柏林举行的光学加工和检测会议上作出报告，在报告中指出了出现，使得碳化硅材料的加工精度得到史无前例的提高，，这样大视场离轴三反对地观测光学系统和大 F 数光学系统的研制束加工技术对口径为 200mm 的碳化硅材料进行修形，可以使度由：PV=208.4nmRMS=35.4nm 修形到：PV=41.4nm，RMTGL 公司的离子束抛光设备实物图。同年，比利时的 CSL 实验的相关科学研究，研究结果是针对口径为 100mm 的抛物面镜前的：PV=25.4nm，RMS=0.61nm 修形到：PV=0.54nm，RMS时 CSL 实验室的离子束抛光机设备实物图。

图 1.3 为比利时 CSL 实验室的离子束抛光机设备实物图。图1.2 德国NTGL公司的离子束抛光机实物图 图1.3 比利时CSL实验室的离子束抛光机实物图2001 年，德国的 IOM 和 NTGL 公司同时在当年的国际光学大会中公布他们的研究成果，他们主要对微晶玻璃进行了离子束抛光工艺，得到的实验结果是微晶玻璃的初始 PV
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH16;TH74

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本文编号：2629804