天文光学镜面加工的数控技术研究

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	天文光学镜面加工的数控技术研究
	郑奕
学位类型	博士
导师	崔向群 ; 汪达兴
	2008-06
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	天体物理
关键词	大型望远镜非球面光学元件数控技术离子束抛光
摘要	天文望远镜是人类探测遥远的空间，揭示的宇宙奥秘最有力的工具，随着技术的发展，天文学家提出建造观测能力更强、口径更大的新一代光学红外望远镜。这些望远镜的主镜由大量的大口径、高精度非球面光学镜面拼接而成，从而大大提高望远镜的集光能力，并且获得更高的成像分辨率。大量高精度非球面光学镜面的加工制造是下一代极大望远镜的主要技术瓶颈之一。传统光学元件加工方法效率低、质量难以控制，已不能适应望远镜发展的需求。数控技术是计算机控制、电气传动、精密检测等领域相互交融的结晶，具有高确定性、高效率、自动化的特点，在机械制造中数控技术的应用极大地提高了加工效率和产品质量。本文对数控技术在天文光学镜面加工中的应用进行深入研究，内容包括： 1．回顾了国内外天文光学镜面加工目前的现状，介绍了具有代表性的加工方法和典型加工设备； 2．结合南京天文光学技术研究所重点课题“2.5 米数控光学加工机床”对机床的总体技术进行了深入探讨：(a)明确了光学工艺对数控光学加工机床的要求；(b)分析了各运动轴误差对加工精度的影响；(c)对铣磨和抛光加工进行了仿真； 3．研制适合数控光学加工的控制系统：提出了基于嵌入式技术和现场总线的控制系统构架，详细论述了该控制系统主控单元的设计、多轴运动控制器的设计、总线通讯设计、单轴运动控制器的设计，并结合工业控制中经常存在的干扰问题，提出了有效的硬件抗干扰措施。 4．结合国家自然科学基金面上项目“天文光学镜面的离子束抛光技术研究”，完成以下工作：(a)介绍了离子束抛光工艺、发展过程和加工数学模型；(b)在详细分析现有驻留时间计算方法优缺点的基础上，提出一种基于二次规划的新算法，在实际工作中得到运用，并获得满意的效果；(c)提出一种基于图像匹配的加工函数精密提取方法，通过实验验证了该方法的有效性；(d)编写了使用功率谱密度方法评价面形质量的程序；(e)分析了离子束抛光中的控制问题，研究了加工轨迹上各点速度的计算方法； 5．对以上研究内容进行了验证：(a)研制出适合光学加工的原型控制系统，并在2.5 米机床上完成了铣磨和经典抛光实验；(b)进行了离子束抛光实验，加工出2块Φ200毫米的球面镜，面形精度RMS值优于10纳米，两块Φ100毫米的平面镜，面形精度RMS值优于8纳米。
学科领域	天文镜面（材料、加工、检测）
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/139
专题	学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	郑奕. 天文光学镜面加工的数控技术研究[D]. 中国科学院研究生院,2008.