NIAOT OpenIR  > 中国科学院南京天文光学技术研究所  > 学位论文
离子束抛光技术的数学建模
成贤锴
Subtype硕士
Thesis Advisor郭伟远
2011-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline天体物理
Keyword离子束抛光 驻留时间 反馈控制 五轴联动 三杆机构
Abstract
现在空间光学系统、强激光系统和光刻系统对光学镜面面形精度和亚表面质量的要求越来越高,现有的基于接触的加工方法如“小磨头”抛光方法不能够满足要求,基于离子溅射原理的离子束加工方法凭借其纳米尺度的去除能力越来越受到关注。如今离子束抛光技术已成为光学镜面精加工的重要手段。
 
本文从离子束抛光设备的设计和研制过程出发,阐述了设备的运动机构,控制算法和编制的相关软件等。该离子束抛光设备采用a)离子源五维运动控制,当离子源扫描运动时,使得离子束始终沿着镜面加工点的法线方向入射,让每一点的加工函数一致,方便驻留时间的计算,并创新地提出了在极坐标系统下进行直角坐标方式扫描的加工方法;b)求解驻留时间的新算法,采用循环系数法和消去法结合的办法得出精确的驻留时间表;c)分析了用三杆机构取代离子源五维运动中的两个偏转轴和Z 轴的备选方案,并建立了数学模型;d)采用PWM 控制输出的离子源稳定性控制的反馈系统。
 
仿真结果表明在离子源扫描运动时,离子束能实时跟踪镜面的法线方向,离子束始终沿着镜面加工点的法线方向入射;在扫描方式的选择上,采用在极坐标系统下进行直角坐标方式扫描的加工方法,结合了两者的优点;在求解驻留时间时,新算法采用实际非旋转对称的加工函数来仿真,加工后的面型PV 值从381.24nm 降到46.92 nm,RMS 值从88.527 nm 降到5.655 nm,而且镜面面型比较平滑,得到了很好的结果;对三杆机构数学模型的分析得出三杆机构是一种可行的备选方案;采用PWM 控制输出的离子源稳定性控制的反馈系统稳定了束流的关键参数。
 
本文所取得的成果为研制具有高精度控制的离子束抛光设备提供了参考。
Subject Area天文镜面(材料、加工、检测)
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/99
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
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GB/T 7714
成贤锴. 离子束抛光技术的数学建模[D]. 中国科学院研究生院,2011.
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