确定性光学加工频带误差的评价与分析方法研究

论文摘要

相对于传统光学手工加工,确定性光学加工大幅提高了光学加工的精度和效率。但在确定性加工中,被加工表面除了低频的面形误差外,往往还包含较多的中高频成分。这些空间频带误差的存在严重影响了系统的光学性能,且难以得到控制。其中的关键在于:①目前缺乏与光学性能建立联系的频带误差定量评价方法;②现有功率谱密度方法在分析不同的确定性加工方法或者不同的工艺参数对频带误差及光学性能的影响时存在不足。为此,论文围绕确定性加工频带误差的评价与分析两方面展开研究,以达到为确定性加工频带误差的控制提供参考的目的。论文的研究工作包括以下几个部分:①在现有功率谱密度特征曲线的基础上,提出基于功率谱密度特征曲线的小波评价方法,在反映误差频谱特征、评价光学表面的同时,还可表达不合格频率在光学表面的分布,对确定性加工进行指导;②提出基于Harvey-Shack散射理论的小波评价方法,为建立确定性加工中频带误差与光学性能之间定量关系提供理论基础;③提出基于光学性能的确定性加工频带误差评价方法。利用基于Harvey-Shack散射理论的小波评价方法分析的实验结果,结合统计光学理论,对不同光学性能产生主要影响的频带误差进行理论探索,得出了频带误差对光学性能的影响规律;④提出基于小波理论的确定性加工频带误差分析方法,分析了加工工艺参数与元件表面频谱分布特征之间的关系,寻找敏感频率误差产生的原因,并将这一方法在确定性加工（重点是离子束加工和磁流变加工）及子孔径拼接测量中应用实验,得出一些初步结论;⑤提出基于光学性能的确定性加工频带误差分析方法。将基于小波理论的频带误差分析方法与基于光学性能的频带误差评价方法相结合,将频带误差的评价穿插于误差的分析当中,为选择合适的确定性加工方法及合适的工艺参数,实现光学元件表面频带误差的合理控制提供参考,并通过三个实验介绍了其在确定性加工中的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 确定性加工频带误差的评价
• 1.2.2 确定性加工频带误差的分析
• 1.2.3 确定性加工频带误差的控制
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 基于功率谱密度特征曲线的小波评价
• 2.1 基于功率谱密度特征曲线的一维连续小波变换评价方法
• 2.1.1 原理
• 2.1.2 一维功率谱密度计算
• 2.1.3 一维连续小波变换
• 2.1.4 实验
• 2.1.5 采用一维连续小波变换的不足之处
• 2.2 基于功率谱密度特征曲线的二维连续小波变换评价方法
• 2.2.1 原理
• 2.2.2 二维连续小波变换
• 2.2.3 实验
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于小波理论的确定性加工频带误差分析
• 3.1 基于一维功率谱密度的二维连续小波变换分析方法
• 3.1.1 原理
• 3.1.2 一维功率谱密度分析的取样原则
• 3.2 在确定性加工中的应用
• 3.2.1 实验一走刀路径改变的影响
• 3.2.2 实验二去除函数束径与步距改变对离子束加工的影响
• 3.2.3 实验三步距改变对磁流变加工的影响
• 3.2.4 实验四频率误差的产生原因
• 3.2.5 实验小结
• 3.3 在子孔径拼接测量中的应用
• 3.3.1 子孔径拼接测量原理
• 3.3.2 实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于Harvey-Shack 散射理论的小波评价
• 4.1 基于二维离散小波变换的评价方法
• 4.1.1 原理
• 4.1.2 实验
• 4.1.3 基于二维离散小波变换评价方法的不足之处
• 4.2 基于Harvey-Shack 散射理论的小波评价方法
• 4.2.1 原理
• 4.2.2 实验
• 4.2.3 问题：频带误差对光学性能的影响是否存在规律
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于光学性能的确定性加工频带误差评价
• 5.1 频带误差对光学性能的影响规律
• 5.1.1 频带误差对MTF 的影响
• 5.1.2 频带误差对散射的影响
• 5.1.3 频带误差对分辨率的影响
• 5.2 原理
• 5.3 实验
• 5.3.1 实验设计
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 考虑二维离散小波变换更多细节
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于光学性能的确定性加工频带误差分析
• 6.1 原理
• 6.2 在确定性加工中的应用
• 6.2.1 实验一?200mm 抛物面镜离子束加工分析
• 6.2.2 实验二“去除函数束径改变对离子束加工的影响”——续
• 6.2.3 实验三?100mm 平面镜离子束与磁流变依次加工分析
• 6.2.4 实验小结
• 6.3 考虑二维离散小波变换更多细节后在加工中的应用
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录 式（5.10）的推导