铝合金反射镜面形精度与表面质量提升关键技术研究

CIOMP OpenIR

	铝合金反射镜面形精度与表面质量提升关键技术研究
	李兴昶
学位类型	博士
导师	张学军
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	单点金刚石车削铝合金反射镜电容位移传感器原位检测补偿切削非牛顿流体磨盘机械化学抛光平滑效应中高频误差抑制
摘要	随着我国对低轨光学卫星需求的不断增长,现有的光学元件制造模式存在着效率低、成本高、周期长等问题,严重影响了载荷研制效费比,为满足对于中小口径反射镜缩短加工周期、降低制造成本的需求,本文针对铝合金反射镜制造环节中的关键技术展开研究。利用单点金刚石切削(Single Point Diamond Turning,SPDT)工艺加工铝合金反射镜,可以直接获得满足红外光学系统成像质量要求的光学表面,为满足更高成像质量的需求,铝合金反射镜的古典制造流程需要在SPDT后的铝合金表面采用化学镀的方式进行表面改性,然后再次进行SPDT以保证镀层等厚,最后通过抛光获得更高精度、表面质量的光学表面。而这种古典制造流程有一些不可避免的问题,比如镍磷镀层线胀系数与基底不匹配而带来的双金属弯曲效应,在工艺流程上需要进行两次SPDT,成本高且步骤繁琐。采用新型制造流程直接对SPDT后的铝合金表面进行抛光是解决上述问题的有效手段。本文对铝合金反射镜新型制造流程环节的关键技术展开研究与探索,主要包括以下四个方面的内容:1、对SPDT加工环节中的原位误差来源进行系统分析及归类。不同于传统的小磨头、磁流变、离子束等计算机控制光学表面成形技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS),使用SPDT进行光学表面成形拥有更高的材料去除效率与面形收敛效率。为提高加工效率,需要对SPDT加工环节中的误差进行系统分析并提出解决方案。SPDT环节中的原位误差可以分为系统误差、人为误差、随机误差。2、机床系统误差的测量与补偿。机床的系统误差包括直线度误差、垂直度误差、主轴旋转误差等,气浮主轴在旋转过程中会产生热效应,通过搭建温度传感系统并借助高精度电容位移传感器对机床的系统误差以及热效应进行测量,并在加工程序中进行补偿。3、基于电容传感器的SPDT加工误差原位检测系统。为实现加工面形误差原位高效检测,搭建了基于电容位移传感器的原位面形检测系统,利用电容位移传感器高精度、高带宽、零延迟的特点,实现加工面形误差原位、准在线检测,检测结果用于修正加工路径并进行补偿切削,实现面形误差高效收敛。4、基于非牛顿流体磨盘的机械化学抛光方法,抑制SPDT加工后的铝合金反射镜中高频误差。非牛顿流体磨盘是一种新型抛光加工方式,平衡了现有计算机控制光学表面成形加工方式中的优势与不足,实际加工过程中同时具备柔性跟刚性,通过优化平滑效应经典理论模型的时间相关平滑效应模型,结合机械化学抛光手段对SPDT后的铝合金表面中高频误差进行抑制。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61670
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李兴昶. 铝合金反射镜面形精度与表面质量提升关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
铝合金反射镜面形精度与表面质量提升关键技（8286KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文