連續(xù)位相板具有復雜的表面微結構,能夠?qū)崿F(xiàn)慣性約束核聚變光學系統(tǒng)中遠場能量的勻強調(diào)制,但承受著強激光高能輻照,存在極高的損傷風險,因此,定期更換成為保證整個系統(tǒng)正常運行的必要手段。然而,大口徑連續(xù)位相板大去除、高陡度的特點使其加工成為光學制造領域的重大技術難題。大氣等離子體加工技術是一種基于大氣環(huán)境下化學反應實現(xiàn)高效材料去除的加工方法,加工過程不引入亞表層損傷,不會降低光學元件的損傷閾值,且該方法設備維護成本低,具備加工連續(xù)位相板的巨大潛力。目前,該技術已應用于加工連續(xù)位相板,但工藝、誤差分析仍不夠成熟,因此,本文將針對大氣等離子體加工連續(xù)位相板的參數(shù)優(yōu)化及誤差來源開展系統(tǒng)性的分析,為實現(xiàn)連續(xù)位相板的高精高效加工提供理論和實驗基礎。本文首先通過數(shù)值仿真分析探究了不同大氣等離子體加工參數(shù)對面形誤差的影響。基于頻譜分析和采樣定理明確了各加工參數(shù)的取值范圍。在此基礎上,設計正交試驗,分析了各加工參數(shù)對面形誤差、加工耗時等的影響規(guī)律。最后,綜合考慮加工精度、加工時間,優(yōu)選了加工參數(shù)組合,為后續(xù)連續(xù)位相板的實驗研究提供了清晰可靠的加工參數(shù)優(yōu)選方法。面形誤差分析要求檢測面形與目標面形精確匹配,基于該需求研究了粗、精匹配結合的面形匹配方法。通過復雜空間面形,如正弦網(wǎng)格面形和連續(xù)位相板面形的匹配結果,驗證了匹配算法的準確性。結果表明,匹配誤差僅為理想面形設計值的1510-~1410-量級,滿足匹配精度要求。開發(fā)了基于MATLAB的面形匹配軟件,將匹配流程化,大幅提高了面形誤差分析效率。最后,基于上述研究,進行了一系列連續(xù)位相板加工實驗,分析了去除函數(shù)變化對加工面形誤差的影響規(guī)律。其中,去除函數(shù)穩(wěn)定性、去除函數(shù)非線性、去除函數(shù)一致性對面形誤差影響作用依次增大,引入的面形誤差最大可達300nm RMS。綜合以上研究成果,通過參數(shù)優(yōu)選、標定實驗及算法補償,完成了430mm×430mm×3mm位相板的加工,加工時長為13.6h,誤差面形RMS值最優(yōu)可達160nm,PV值為1mm,并分析確定了誤差主要來源為去除函數(shù)的一致性變化,驗證了本文加工面形誤差分析的合理性及可靠性,確定了迭代加工以提高精度的必要性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TH74
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究背景和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 連續(xù)位相板加工方法
        1.2.2 光學加工中面形誤差來源分析
    1.3 國內(nèi)外文獻綜述簡析
    1.4 本課題主要研究內(nèi)容
第2章 大氣等離子體加工工藝參數(shù)優(yōu)選的仿真研究
    2.1 引言
    2.2 加工工藝參數(shù)對面形誤差影響的試驗設計
        2.2.1 多因素模型影響規(guī)律研究的試驗設計方法
        2.2.2 正交試驗因子水平選取
    2.3 加工工藝參數(shù)對面形誤差的影響規(guī)律
        2.3.1 誤差面形RMS值的變化規(guī)律
        2.3.2 加工所需時長的變化規(guī)律
        2.3.3 誤差面形PV值的變化規(guī)律
    2.4 加工工藝參數(shù)組合優(yōu)選
    2.5 本章小結
第3章 連續(xù)位相板加工面形的匹配研究
    3.1 引言
    3.2 面形粗匹配基本思想及實現(xiàn)
        3.2.1 面形數(shù)據(jù)平移對齊
        3.2.2 面形數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)對齊
    3.3 面形精匹配基本思想及實現(xiàn)
        3.3.1 迭代最近點算法原理
        3.3.2 連續(xù)位相板面形精匹配算法設計
    3.4 面形匹配算法精度驗證
        3.4.1 正弦網(wǎng)格面形匹配
        3.4.2 連續(xù)位相板面形匹配
    3.5 面形匹配軟件開發(fā)
        3.5.1 面形導入模塊
        3.5.2 面形粗匹配模塊
        3.5.3 面形精匹配模塊
    3.6 本章小結
第4章 去除函數(shù)變化引入的面形誤差分析
    4.1 引言
    4.2 去除函數(shù)穩(wěn)定性對面形誤差的影響
        4.2.1去除函數(shù)穩(wěn)定性實驗
        4.2.2 去除函數(shù)穩(wěn)定性引入的面形誤差分析
    4.3 去除函數(shù)非線性對面形誤差的影響
        4.3.1 去除函數(shù)非線性引入的面形誤差分析
        4.3.2 非線性加工誤差的補償
    4.4 去除函數(shù)一致性對面形誤差的影響
        4.4.1 去除函數(shù)一致性引入的面形誤差分析
        4.4.2 一致性加工誤差的實驗驗證
    4.5 大口徑連續(xù)位相板加工實驗
        4.5.1 第一次大口徑連續(xù)位相板加工結果分析
        4.5.2 第二次大口徑連續(xù)位相板加工結果分析
    4.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝

【相似文獻】

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