【摘要】：光學(xué)鋁具有制造周期短、易于成型、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn),將由鋁合金制成的反射鏡和支撐結(jié)構(gòu)組合使用可以提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性,所以鋁反射鏡被越來越廣泛的應(yīng)用到航空航天、軍工國防等重要領(lǐng)域。通過對(duì)鋁合金材料進(jìn)行超精密加工,可以獲得滿足紅外光學(xué)系統(tǒng)成像要求的光學(xué)反射鏡。但是反射鏡表面的光散射現(xiàn)象嚴(yán)重降低了其光學(xué)性能,甚至?xí)茐墓鈱W(xué)系統(tǒng)的探測(cè)設(shè)備。所以探究影響反射鏡表面光散射特性的主要因素,以便能夠抑制或消除表面散射現(xiàn)象已經(jīng)成為一個(gè)亟需解決的問題。本文綜合考慮加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、刀具幾何形狀、加工參數(shù)、塑性測(cè)流、彈性恢復(fù)以及加工振動(dòng)等多種因素對(duì)表面形貌的影響,基于MATLAB軟件建立超精密車削表面三維形貌模型,仿真分析加工過程中振動(dòng)頻率對(duì)車削表面脊峰數(shù)量和形狀的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,建立給定粗糙度前提下飛切和磨削加工表面的三維形貌模型。上述形貌模型將會(huì)導(dǎo)入后續(xù)的電磁場(chǎng)仿真中,作為幾何模型的一部分來使用。為了定量描述加工表面的光散射特性,選擇雙向反射分布函數(shù)(BRDF)作為研究載體,利用相關(guān)理論推導(dǎo)出BRDF與電場(chǎng)強(qiáng)度之間的計(jì)算關(guān)系式�；贑OMSOL有限元仿真軟件建立電磁場(chǎng)仿真模型,采用背景場(chǎng)平面波的形式設(shè)置入射光源,利用MATLAB處理得到BRDF分布曲線。改變仿真參數(shù),探究車削、飛切及磨削三種加工表面散射特性之間的差異性,驗(yàn)證車削加工方法的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上,分析車削加工中進(jìn)給量、振動(dòng)幅值、刀尖圓弧半徑及入射光源波長對(duì)表面散射特性的影響規(guī)律,對(duì)各種因素的作用機(jī)制進(jìn)行相應(yīng)的理論分析。針對(duì)Al6061材料開展反射鏡超精密車削加工實(shí)驗(yàn),利用激光干涉儀和白光干涉儀對(duì)工件表面形貌及粗糙度進(jìn)行檢測(cè),并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證前文形貌模型的正確性。利用BRDF檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)工件表面的散射性能進(jìn)行檢測(cè),分析車削進(jìn)給量及入射光源角度對(duì)BRDF分布曲線的影響規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用樣品的對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行建模仿真,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比并進(jìn)行誤差分析,從而驗(yàn)證前文電磁場(chǎng)仿真結(jié)果的正確性。
【圖文】：

儀中的反射鏡面組，具體應(yīng)用如圖 1-1 所示。與傳統(tǒng)的反射鏡材料玻璃、無涂層鈹和單晶硅等相比，光學(xué)鋁具有制造周期短、易于成型、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)[6]。另外由鋁合金制備的反射鏡及其支撐結(jié)構(gòu)具有相同的熱膨脹系數(shù)，組合使用既可以減少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，又可以大大提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性[8]。光學(xué)反射鏡作為整個(gè)系統(tǒng)的核心元件占據(jù)著十分重要的地位，入射光束在經(jīng)過反射鏡面后到達(dá)接收器表面聚焦成像，其表面光學(xué)性能對(duì)成像質(zhì)量的影響至關(guān)重要。隨著鋁合金光學(xué)反射鏡應(yīng)用領(lǐng)域和需求規(guī)模的不斷增大，如何制造出符合要求的高性能鏡面成為了一個(gè)熱門研究方向，由此就促進(jìn)了光學(xué)反射鏡面加工方法的進(jìn)一步發(fā)展。

的光散射現(xiàn)象嚴(yán)重降低了其表面光學(xué)性能。如圖 1-2 所示，當(dāng)成像光束入射到鏡面時(shí)，產(chǎn)生的反射光線不會(huì)集中在鏡面的主反射方向，在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)難以避免的產(chǎn)生雜散光。部分雜散光會(huì)通過光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)探測(cè)器表面，嚴(yán)重降低光學(xué)系統(tǒng)的信噪比和探測(cè)靈敏度，甚至破壞探測(cè)設(shè)備[12]。對(duì)于鋁合金反射鏡的實(shí)際工程應(yīng)用而言，探究影響反射鏡表面散射特性的主要因素及其作用規(guī)律，以便更好的抑制或者消除反射鏡的散射現(xiàn)象具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但是此前的學(xué)者對(duì)超精密加工反射鏡散射特性影響因素的研究卻非常少見。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2633380