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大口径高精度光学元件数控抛光技术研究

王健  
【摘要】:ICF驱动系统大口径光学元件的加工质量是整个系统光束质量的关键,本论文系统地研究了计算机控制小磨头抛光方法对ICF驱动系统的大口径平面光学元件、校正板和非球面透镜进行加工的理论和具体工艺流程。所取得的主要研究结果包括: 一、对光学玻璃抛光的机理做了研究和分析,对于现用的传统和数控抛光方式,可以认为机械作用是基本的,化学作用是重要的,而流变现象是存在的。抛光去除是这三种方式综合作用的结果。对计算机控制抛光的基础理论作了分析,对材料的去除函数和数控抛光的驻留函数作了分析和推导。 二、针对平面数控抛光问题,对所使用数控机床的运动方式和抛光的磨削函数作了分析;通过对俄罗斯抛光工艺程序的使用分析,针对现有的光学检测情况,自编两种工艺程序,这两种工艺程序互为补充,取得了良好的元件加工效果。最后介绍了高径厚比石英窗口的数控抛光实验过程和结果。 所完成的平面数控加工工艺获得了军队级科技进步三等奖,目前是神光Ⅲ原型装置平面玻璃光学元件精抛光的主工艺方法。对于透射窗口元件,加工精度可以稳定地达到单次透射波前畸变1/6λ(PV值)。对于反射镜,加工精度可以稳定地达到面形1/8λ(PV值)。 三、基于平面数控抛光的技术特点,提出了数控抛光加工随机波前校正板解决激光装置系统静态波前畸变校正的思路,是数控加工技术一个新的应用领域。解决了波前畸变合成问题,设计了验证实验方案,并通过实验验证了其可行性。该工作获得军队级科技进步三等奖。 四、解决非球面聚焦透镜数控抛光问题。对所使用数控机床的运动方式作 了分析;根据机床的运动方式和元件的特点,设计数控抛光运动。对元件在各 加工阶段中产生的误差对最终检测结果的影响作了定量分析。对检测调整误差 和加工误差作了分析并有效分离,保证了检测对加工的有效指导作用。编制工 艺程序,取得了良好的加工效果。 所完成的非球面透镜数控加工工艺正申报2004年度军队级科技进步二等 奖,目前是神光m原型装置非球面聚焦透镜精抛光的主工艺方法。加工精度可 以稳定地达到单次透射波前畸变1/3入(Pv值)。表面粗糙的优于 1 .2nm(RMs),达到了美国国家点火装置叩F)同类元件的制造水平。 关键词:数控光学抛光,ICF驱动系统,大口径光学元件,波前畸变,校正板, 非球面透镜 本论文工作得到国家高技术863计划项目(804一2)、中国工程物理研究院行业 科学技术预先研究基金(20010214)资助。


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