中科院南京天文仪器有限公司, 江苏 南京 210012
根据2.7米球面镜加工、检测、吊装等要求, 设计了一种用于检测支撑、位姿调整、镜体翻转的检验装置, 满足粗抛阶段刀口仪检测支撑精度要求、镜体测试时的姿态调整要求、镜体背部结构加工和装配的翻转要求。针对不同工况, 分析了各结构件的刚度和强度, 建立了各工况下镜体受力模型, 分析了镜体的支撑精度、刚度和应力。结果表明, 其装置机械结构满足强度和刚度的要求; 各工况下镜体支撑应力小于1MPa, 小于微晶的许用应力; 吊带侧支撑下镜体精度RMS为14.15nm, 满足粗抛阶段的测量精度要求。
2.7米球面镜 侧向带支撑 翻转装置 2.7m spherical mirror lateral belt support up-down turnover device
1 中国科学院 南京天文仪器研制中心，江苏 南京 210042
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 中国科学院 南京天文仪器有限公司，江苏 南京 210042
球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降，针对该问题，本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数，并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先，利用有限元和遗传算法，对镜体进行了54点等力支撑环带优化，针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况，对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化；然后，利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响；最后，基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明，经过对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后，在球面镜支撑变形RMS（Root Mean Square）小于1/115λ（λ=632.8 nm），底支撑位置扰动为±2 mm，侧支撑位置扰动为±0.6 mm，以及支撑力扰动为±3 N的情况下，支撑变形小于1/70λ，满足标准球面镜的支撑要求。
标准球面镜 重锤支撑 优化设计 扰动分析 standard spherical mirror heavy hammer support optimized design disturbance analysis
国防科技大学 机电工程与自动化学院,湖南 长沙 410073
分析了离子束加工光学镜面的材料去除效率和不同材料之间的相对去除效率与工艺参数的关系。基于Sigmund溅射理论,建立了表征去除效率的指标-法向去除速率、体积去除速率和溅射产额与束能、束流以及入射角度之间的关系模型。以石英、微晶和K4玻璃等为样件,实验分析了去除效率与工艺参数的关系,验证了模型的正确性。分析结果表明,材料去除效率随束流线性增大,与束能平方根约呈线性关系;随着入射角度先缓慢增大,约在60～80°达到最大值,然后迅速降为0。不同材料之间的相对去除效率与束流无关;与束能的关系较弱,可以忽略;随角度变化较为明显。
光学加工 离子束修形 离子溅射 去除效率 optical fabrication ion beam figuring ion sputtering material removal efficiency
国防科技大学机电工程与自动化学院机电系, 湖南 长沙 410073
为了克服传统光学镜面抛光方法的缺点,提出了应用离子束进行光学镜面修形的方法。介绍了离子束修形技术的原理和方法,并对离子束修形中涉及的关键技术进行了讨论。在自研的离子束修形设备上对一块直径98 mm的微晶玻璃平面样件进行了离子束修形试验,经过两次的迭代修形使其面形精度均方根误差由初始的0.136λ提高到0.010λ(λ=632.8 nm),平均每次迭代的面形收敛率达到3.7。实验结果表明,应用离子束进行光学镜面修形无边缘效应、面形收敛快、加工精度高;由于离子束修形技术去除材料过程自身的特点,使数控离子束修形技术对非球面的加工和对平面的加工难度相当。
光学加工 离子束修形 计算机控制光学表面成形 驻留时间 去除函数
国防科技大学,机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073
分析了离子束加工光学镜面的材料去除效率、加工损伤厚度以及表面热效应等材料去除评价指标.基于Sigmund溅射理论,分析了此三个评价指标与离子入射角度和离子能量等加工参数的关系,建立了相关模型.以石英玻璃为例,利用TRIM软件仿真离子溅射过程,分析理论模型各参数,具体研究了三个评价指标与离子能量和入射角度的关系.结果表明:材料去除效率随离子能量的增大而缓慢增大,随入射角度增大而显著增大,60°时的去除效率约为0°时的4.5倍;加工损伤厚度随离子能量增大而近似呈线性增大,随入射角度增大而减小;热效应随离子能量近似呈线性增大,而随入射角度增大而减小.因此,离子束加工工艺过程中,应尽量增大离子束入射倾角来同时提高这三方面的指标.
光学镜面 离子溅射 去除效率 加工损伤 热效应 光学 精密工程
2007, 15(10): 1520
国防科技大学,机电工程与自动化学院,湖南,长沙,410073
提出了离子束加工可达性问题的理论描述和定义,分析了驻留函数解的存在条件,进而分析了采用不同直径的离子束去除不同频率面形误差时额外去除量的大小,最后进行了仿真验证.分析结果表明,对于高斯型的束函数,驻留函数解总是存在的.但是面形误差频率越高,驻留函数解越大,去除面形误差时去除的额外材料越多.额外的材料去除量随着离子束径和空间误差波长之比(d/λ)的增加而指数增加.当d/λ=0.5时,额外材料去除量为15%,还是可以接受的;当d/λ=1时,额外材料去除量迅速上升到73%,该值即很难被接受.理论分析和仿真结果表明,为了优化加工过程,d/λ应该＜0.5.
离子束加工 驻留时间 加工可达性 光学镜面加工 计算机控制 光学表面成形
