NIAOT OpenIR  > 中国科学院南京天文光学技术研究所  > 学位论文
钛合金球面镜加工与基于Hindle法的凸双曲面副镜检测研究
焦晓洁
Subtype硕士
Thesis Advisor李新南,姜自波
2021-06
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Degree Discipline光学工程
Keyword钛合金金属镜 超薄镜 自适应副镜 Hindle 检验 无像差点法
Abstract

随着天文光学的不断发展,自适应可变形副镜在天文望远系统中得到了越来越广泛的应用。传统的自适应可变形副镜通常为凸的双曲面反射镜,材料一般选用微晶玻璃,但其在制作、装调、运输等过程中容易出现断裂。而自适应可变形金属副镜,不仅可以解决这个问题,而且相较于微晶玻璃材料导热性好,可以降低圆顶内运行的自适应可变形副镜因环境导致的镜面上下层温差。本文针对金属镜的选材问题,金属镜的加工以及检测技术做了充分的研究。受非球面镜的加工和检测难度以及实验时间影响,论文所制作的钛合金金属镜为凹球面镜。
 
论文从磨具的制作方法入手,研究了金属磨具的加工方法,在精磨阶段通过控制磨料粒度、研磨压力、研磨时长来观测记录金属镜的面形情况。利用三脚球径仪测量金属镜的球面曲率半径;利用探针式表面粗糙度仪对精磨阶段的研磨时间与表面粗糙度的关系进行分析;利用显微镜直接观察表面形貌。对常见的非球面检测法展开讨论。

Hindle球辅助检测法是凸双曲面检验的常用方法之一,该方法是利用双曲面的两个共轭焦点,将干涉仪焦点与双曲面的远焦点重合,则凸双曲面反射镜的反射光将成无像差的虚像。本文对该方法进行了进一步研究。得到了求解 

Hindle球曲率半径、外径和内孔尺寸的精确解析公式,该公式在一定条件下可退化为常见的近似公式。另外,在一定条件下,本文推出了Hindle球参数的半精确公式,并进一步将近似公式推广到了其它多种非球面检测的场合。然后基于三级像差理论,得到了焦点位置、镜间距和 Hindle球曲率半径的偏差导致的凸双曲面镜的顶点曲率半径和二次曲线常数的误差关系公式。

本文以φ150mm钛合金金属镜为例,对钛合金金属超薄镜加工实验,由于时间限制,实验仅进行到精磨阶段,分析加工过程中金属镜表面粗糙度的变化,粗糙度受到研磨压力、磨料粒度、偏心等因素影响。以CFGT(中国极大望远镜,Chinese Future Giant Telescope)副镜为例,基于Hindle半精确公式和近似公式,当离心率、放大率、焦比、遮拦比变化时,通过计算比较表明半精确解析公式的精度明显优于常见的近似解析公式,是一种更为有效和相对简洁的高精度计算公式。通过ZEMAX光学设计软件进行实例仿真,验证了误差公式的可行性。

最后参考CFGT望远镜副镜参数,研究了基于无像差点法的凸双曲面子孔径拼接检测,并给出划分为3个环带的一种拼接方法,与精确解公式求出的单个Hindle 
辅助球检验凸双曲面的参数对比,通过ZEMAX仿真,验证了该方法的优越性。

Subject Area天文技术与方法
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/1892
Collection中国科学院南京天文光学技术研究所_学位论文
大口径光学技术研究室_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
焦晓洁. 钛合金球面镜加工与基于Hindle法的凸双曲面副镜检测研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2021.
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