强激光光学零件感应耦合等离子体抛光系统设计

摘要

大口径非球面的光学零件在惯性约束核聚变系统应用非常广泛，可以用于减小或者消除球面镜片导致在光传递过程中产生彗差、球差、像散、场曲及畸变等。其中，在终端光学组件中，三倍频谐波分离采用非球面楔形透镜分离。这种楔形非球面、非轴对称的设计使得光学加工制造遇到很多困难。由于前道工序为超精密磨削，会引入一定厚度的亚表面损伤层，这对后续的抛光工艺是极其不利的。楔形聚焦透镜为熔石英材料，属于硬脆难加工材料，采用原有的沥青盘抛光工艺，加工效率低。而感应耦合等离子体加工方法是一种高效的加工含硅材料的方法。由于其属于基于化学反应的非接触式加工方法，因此从加工机理上不会产生表面损伤。
　　为实现楔形聚焦透镜的快速保形抛光，根据感应耦合等离子体的特性及所加工零件的特点，本论文对等离子体加工装置进行一系列系统性的设计工作，其中包括：机床的机械系统设计与分析、机床的数控系统设计、等离子体抛光算法研究以及针对实际加工可能存在的问题进行工艺研究，为下一步的机床调试及实际加工打下基础。
　　首先，针对复杂非球光学曲面的加工，本文设计了串并混联的五轴机械系统。首先对该机械系统运动位姿逆解、工作空间等运动学问题进行研究分析，为后续的数字运动控制打下基础。接着，对整个机械系统进行结构设计与分析，为机床的制造和装配提供基础。
　　然后，为实现感应耦合等离子体加工机床的数字控制，在机械系统设计的基础上，需要为其设计并建立数控系统。首先介绍了感应耦合等离子体机床数控系统的总体结构，旨在从整体上协同把握各项功能，将各功能模块分解为子模块，逐项进行设计分析；然后分硬件和软件两个方面，对感应耦合等离子体数控系统的功能模块进行设计。
　　最后，本文对抛光控制算法进行了相关研究。从数学模型的角度阐释了计算机控制抛光的成形原理，并分别从线性方程组求解和图像复原角度出发，对抛光算法进行分析。然后，根据实际加工所涉及的一些问题，进行了工艺验证实验，并对系统部分模块进行了改进。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究目的及意义

1.3 非球面超精密抛光技术国内外发展概况

1.4 本文的主要研究内容

第2章 感应耦合等离子体机床机械系统设计

2.1 引言

2.2 机械系统原理设计及运动学分析

2.3 机械系统结构设计与分析

2.4 本章小结

第3章 感应耦合等离子体机床数控系统设计

3.1 引言

3.2机床数控系统总体结构

3.3数控系统硬件及接口设计

3.4数控系统软件设计与实现

3.5本章小结

第4章 感应耦合等离子体抛光算法及工艺验证

4.1 引言

4.2 感应耦合等离子体抛光算法研究

4.3 感应耦合等离子体抛光工艺验证

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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