基于可控柔度磨盘的中高频误差抑制研究
本文关键词：基于可控柔度磨盘的中高频误差抑制研究
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【摘要】：现代光学工程具有显著的极端制造的特征,即在极端技术条件要求的背景下,制造极端尺度或极高功能器件或功能系统的大科学工程。我国目前正面临着完成大口径望远镜系统、纳米尺度光刻系统和高功率激光系统等典型的极端光学研制工程任务。这些系统光学元件要求口径越来越大,相对孔径越来越高,而面形质量要求更是有大幅度的提高。不仅是传统意义上光学元件面形PV或RMS的提高,很多系统更是在面形中高频误差方面提出了明确的要求。本论文研究的工作是在分析目前几种中高频面形误差技术方法的基础上,创新的采用将磨盘平滑效应和可控柔体抛光(磁流体抛光技术)结合的技术路线实现磨盘平滑效应的可控化,进行中高频误差抑制技术的研究。首先研究可控柔体磨盘柔度和平滑效应的可控变化机理,以及两者之间的内在联系;再次建立评价可控柔体磨盘平滑能力的平滑谱函数和平滑效率函数的数学模型,定量化的研究可控柔体磨盘固有的平滑效应;最后基于上述机理和数学模型研究可控柔体磨盘的平滑效应即磨盘平滑不同频段误差的能力。论文的研究工作具体包括以下几个部分:1.首先阐述了中高频面形误差抑制技术研究的背景及其对现代极端光学制造工程的意义,然后对中高频面形误差抑制技术的国内外现状进行了充分调研,并进行归纳分类,同时对中高频面形误差的评价方法和技术进行了调研。在此基础上着重讨论了基于抛光磨盘的中高频面形误差平滑技术,并对其中所涉及的关键问题和技术难点进行了分析,提出了基于可控柔度磨盘抑制中高频面形误差的技术方案。2.从经典夹层结构的被动半刚性磨盘和亚利桑那大学提出的RC磨盘(rigid conformal tool)入手,提出可控柔度磨盘的结构模型。在对磁流变材料进行充分调研的基础上,基于流变力学理论分析磨盘利用磁流体实现可控“柔度”的微观机理、及其宏观力学表现特性。建立可控柔体磨盘实现“柔度”可控从微观到宏观的机理模型,为整个论文的研究工作奠定原理性基础。3.利用钕铁硼强磁体及磁流变液研制可控柔度实验磨盘,测量钕铁硼强磁体磁场的空间分布,确定可施加磁场的范围和大小。利用磨盘进行抛光实验测量其去除函数及抛光粗糙度等抛光特性,测量强磁体与磁流变液之间的相互作用力,验证磨盘可控柔度的特性。4.结合光学加工中材料去除的卷积模型和功率谱密度函数,建立了描述CCOS抛光工艺抑制不同频段误差能力的数学模型——平滑谱函数(Smoothing Spectral Function,SSF)。通过计算平滑谱函数曲线,将CCOS抛光工艺抑制不同频段误差的能力表示为归一化且无量纲的频谱曲线。并利用110mm口径RC磨盘抛光600mm微晶平面件验证平滑谱函数模型的正确性。5.在抛光工艺的平滑谱函数的基础上,进行进一步的理论推导。通过两种数学推演方式得到两种不同结构形式的去除函数的平滑谱函数,描述去除函数在确定性抛光中对不同频段中高频误差的抑制能力。最后利用实验数据验证两种不同形式去除函数的平滑谱函数的正确性。6.提出平滑效率函数的概念,基于亚利桑那大学Dae Wook Kim等人提出的Parametric Smoothing Model建立平滑效率函数的数学模型,并利用可控柔度磨盘进行特定频率误差平滑抑制实验,计算可控柔度磨盘对该频段误差的平滑效率。7.全文工作总结和后续工作的展望。对本文中的创新点进行了凝练,指出了其中尚存在的问题,并对下一步工作进行展望。
【关键词】：中高频误差 平滑效应 可控柔度 平滑谱函数 平滑效率
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（光电技术研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：
- 致谢4-5
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-9
- 目录9-11
- 第1章 绪论11-33
- 1.1 课题研究背景及意义11-13
- 1.2 中高频面形误差的频段划分及其抑制技术的发展13-31
- 1.2.1 基于熵增原理抑制中高频误差15-18
- 1.2.2 伪随机加工路径法18-20
- 1.2.3 高频振动(Vibe)共形加工法20-22
- 1.2.4 离子束牺牲层法22-24
- 1.2.5 被动半刚性磨盘平滑中频误差24-28
- 1.2.6 Rigid Conformal磨盘平滑中频误差28-31
- 1.3 论文的组织结构及主要工作31-33
- 第2章 可控柔度磨盘结构模型及其柔度可控机理模型33-47
- 2.1 引言33-34
- 2.2 磁流变材料研究及发展现状概述34-37
- 2.3 可控柔度磨盘结构模型及其柔度可控机理模型37-44
- 2.3.1 可控柔度磨盘结构模型39-40
- 2.3.2 磨盘柔度可控的微观机理模型40-42
- 2.3.3 磨盘柔度可控的宏观力学表现特性42-44
- 2.4 关键技术及难点分析44-45
- 2.5 本章小结45-47
- 第3章 可控柔度磨盘研制及实验研究47-63
- 3.1 可控柔度磨盘研制47-48
- 3.2 磁场发生器选材及磁场分布测量48-53
- 3.2.1 钕铁硼强磁体磁场发生器48-49
- 3.2.2 磁场测量原理49-50
- 3.2.3 磁场发生器磁场分布测量50-53
- 3.3 可控柔度磨盘抛光特性实验研究53-56
- 3.3.1 可控柔度磨盘抛光去除函数53-55
- 3.3.2 可控柔度磨盘抛光粗糙度55-56
- 3.4 可控柔度磨盘磁铁与磁流变液之间相互作用力测量56-60
- 3.5 本章小结60-63
- 第4章CCOS抛光工艺平滑谱函数模型建立及实验验证63-80
- 4.1 概述63-64
- 4.2 36 项Zernike多项式描述误差的空间频率分析64-68
- 4.3 CCOS抛光工艺平滑谱函数模型建立68-71
- 4.4 CCOS抛光工艺平滑谱函数模型的实验验证71-76
- 4.5 实验误差分析与讨论76-78
- 4.6 本章小结78-80
- 第5章 去除函数的平滑谱函数模型建立及实验验证80-95
- 5.1 引言80
- 5.2 去除函数的平滑谱函数模型建立80-86
- 5.2.1 模型建立方法一81-84
- 5.2.2 模型建立方法二84-86
- 5.3 去除函数的平滑谱函数模型的实验验证86-93
- 5.4 本章小结93-95
- 第6章 平滑效率函数模型建立及实验研究95-103
- 6.1 引言95-96
- 6.2 平滑效率函数模型建立96-99
- 6.3 平滑效率实验研究结果99-102
- 6.4 本章小结102-103
- 第7章 全文总结及展望103-108
- 7.1 全文总结103-106
- 7.2 研究展望106-108
- 参考文献108-115
- 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果115-116
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，本文编号：873752
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