大口径非球面元件子口径抛光去除稳定性研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目大口径非球面元件子口径抛光去除稳定性研究学科专业机械工程学号201521080106作者姓名钟波指导教师黄洪钟教授分类号密级注1UDC学位论文大口径非球面元件子口径抛光去除稳定性研究（题名和副题名）钟波（作者姓名）指导教师黄洪钟教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械工程提交论文日期2018.03论文答辩日期20

2、18.05学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。Materialremovalstabilityofthesub-aperturepolishingforlargeasphericsurfaceAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MechanicalEngineeringAuthor:BoZhong

3、Supervisor:Prof.Hong-ZhongHuangSchool:SchoolofMechanicalandElectricalEngineering3摘要摘要大口径非球面元件具有无中心遮拦、可改善像质且简化系统结构等优点，已成为空间相机、极紫外光刻机、超高功率激光装置等光学系统的关键元件。这些光学系统对元件的表面质量和制造效率均提出了远远超越于古典光学系统的要求。在这种情况下，基于计算机控制光学表面成形原理的各种子口径抛光技术得到很好的发展，包括小工具数控抛光技术、气囊抛光技术、磁流

4、变抛光技术、离子束抛光技术等，用以综合地解决大口径非球面光学元件的制造精度与效率问题。理想的子口径抛光去除模型基于线性时不变系统，即子口径抛光过程是线性的、不随时空变化而变化的过程。但是，在实际抛光过程中去除函数是不稳定的。去除函数不稳定将直接影响实测加工面形与工艺软件预测面形的符合度，导致面形出现反复，表面质量难以控制，降低整体加工效率。因此，有必要开展去除稳定性研究，理清影响去除稳定性的关键因素，并探索相关控制措施，为提高子口径抛光工艺可靠性提供基础支撑。针对大口径非球面光学元件制造过程中去

5、除函数畸变的问题，本论文采用理论分析、仿真验证、工艺研究及加工实验相结合的方式进行研究。以子口径抛光去除理论研究为基础，开展去除函数畸变与抑制技术研究，本文的主要研究内容如下：（1）结合当前大口径非球面制造流程，提出针对该流程中子口径抛光去除稳定性控制中存在的关键问题。针对流程中子口径抛光技术去除函数畸变的问题，开展子口径抛光技术加工大口径非球面光学元件的通用基础理论研究，建立考虑去除函数畸变的动态材料去除理论和相应算法，为实现非球面误差确定性去除奠定理论基础；（2）为解决工具磨损导致去除函数不

6、稳定的问题，研究工具磨损对去除函数的影响规律，进而建立“工具形貌-抛光力-去除特性”传递关系；提出基于修整的工具磨损后处理方法，以此恢复工具性能进而抑制抛光工具去除特性的时变性，使其在允许的范围内波动，提升工件的材料去除稳定性。（3）为解决因非球面曲率变化导致去除函数畸变的问题，建立与曲率相关的动态去除函数模型，以实现非球面不同加工点的去除函数准确预测。基于非球面去除函数畸变规律，提出抑制非球面去除函数空间畸变工艺策略，提升非球面加工确定性。关键词：大口径非球面元件，子口径抛光技术，去除函数，工

7、具磨损，曲率效应IABSTRACTABSTRACTAsphericsurfacehastheadvantagesofcorrectingsystemaberration,improvingimagingqualityandreducingthevolumeofthesystem.Therefore,itplaysanimportantroleintheopticalprojectssuchashighpowerlaserengineering,largeastronomicaltelescope

8、project,extremeultravioletlithographyengineering.Inordertomeettherequirementsofasphericopticalelementsfortheopticalprojects,alargeasphericfabricatingprocesshasbeenproposed,whichincludes"ultraprecisiongrindinganddeterministicpolishing".Indeed,thepreci