确定性光学加工的中高频误差分布特性与修形方法研究

论文摘要

相对于传统手工加工,确定性光学加工大幅提高了光学元件的加工精度和加工效率。但是确定性加工方法由于使用了比被加工工件小得多的抛光工具,使得面形误差中产生了较多的中高频成分。中高频误差的存在严重影响了光学系统的性能,必须加以严格控制。本文针对不同频率成分、不同分布形态中高频误差对光学性能的影响及磁流变抛光过程中不同工艺参数对中高频误差的控制能力进行研究,研究工作主要包括以下几部分:1)研究了确定性加工误差与典型光学性能指标之间的内在关系,利用二维离散小波变换方法对光学面形误差进行频段分解,重点分析了中高频误差对光学性能的影响。2)针对确定性光学加工的特点,分析了不同频率成分误差的分布区域、变化特征和产生原因;根据中高频误差的分布特性,将其分解为局部子区域误差和环形子区域误差,研究了不同子区域误差对光学性能的影响。3)利用功率谱密度函数对确定性加工产生的中高频误差进行定量评价,分析了磁流变抛光过程中工艺参数对不同频段误差的控制能力,为中高频误差的控制提供指导。4)通过选择合适的工艺参数,采用磁流变抛光方法对平面镜和球面镜进行了加工实验,测试结果表明面形精度很高,中高频误差得到了有效控制,对应的PSD曲线达到了ISO精密抛光的要求。

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 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 中高频误差对光学性能的影响研究
• 2.1 光学面形误差的频段特征分析
• 2.2 确定性加工误差对典型光学性能指标的影响研究
• 2.2.1 确定性加工误差对光学性能影响的特征分析
• 2.2.2 实际加工面形误差对光学性能的影响规律
• 2.2.3 中高频误差对光学性能的影响研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 中高频误差的分布特性研究
• 3.1 敏感频率误差的分布特性分析
• 3.2 子区域误差对典型光学性能指标的影响
• 3.2.1 局部子区域误差的影响
• 3.2.2 环带子区域误差的影响
• 3.3 融合面形误差对典型光学性能指标的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁流变抛光对中高频误差的控制能力研究
• 4.1 中高频误差的特征评价方法
• 4.1.1 确定性光学加工误差的频谱密度分析
• 4.1.2 不同分布误差的功率谱密度函数计算
• 4.1.3 窗函数对功率谱密度函数的影响
• 4.2 磁流变抛光工艺参数对中高频误差的影响研究
• 4.2.1 抛光工艺参数对中高频误差影响的理论分析
• 4.2.2 走刀方式对中高频误差的影响
• 4.2.3 走刀步距对中高频误差的影响
• 4.2.4 去除函数对中高频误差的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 确定性光学加工的中高频误差修形实验
• 5.1 平面镜的中高频误差修形实验
• 5.2 球面镜的中高频误差修形实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果