【摘要】：光學(xué)鋁具有制造周期短、易于成型、質(zhì)量輕等優(yōu)點,將由鋁合金制成的反射鏡和支撐結(jié)構(gòu)組合使用可以提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性,所以鋁反射鏡被越來越廣泛的應(yīng)用到航空航天、軍工國防等重要領(lǐng)域。通過對鋁合金材料進行超精密加工,可以獲得滿足紅外光學(xué)系統(tǒng)成像要求的光學(xué)反射鏡。但是反射鏡表面的光散射現(xiàn)象嚴重降低了其光學(xué)性能,甚至?xí)茐墓鈱W(xué)系統(tǒng)的探測設(shè)備。所以探究影響反射鏡表面光散射特性的主要因素,以便能夠抑制或消除表面散射現(xiàn)象已經(jīng)成為一個亟需解決的問題。本文綜合考慮加工運動學(xué)、刀具幾何形狀、加工參數(shù)、塑性測流、彈性恢復(fù)以及加工振動等多種因素對表面形貌的影響,基于MATLAB軟件建立超精密車削表面三維形貌模型,仿真分析加工過程中振動頻率對車削表面脊峰數(shù)量和形狀的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,建立給定粗糙度前提下飛切和磨削加工表面的三維形貌模型。上述形貌模型將會導(dǎo)入后續(xù)的電磁場仿真中,作為幾何模型的一部分來使用。為了定量描述加工表面的光散射特性,選擇雙向反射分布函數(shù)(BRDF)作為研究載體,利用相關(guān)理論推導(dǎo)出BRDF與電場強度之間的計算關(guān)系式�；贑OMSOL有限元仿真軟件建立電磁場仿真模型,采用背景場平面波的形式設(shè)置入射光源,利用MATLAB處理得到BRDF分布曲線。改變仿真參數(shù),探究車削、飛切及磨削三種加工表面散射特性之間的差異性,驗證車削加工方法的優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)上,分析車削加工中進給量、振動幅值、刀尖圓弧半徑及入射光源波長對表面散射特性的影響規(guī)律,對各種因素的作用機制進行相應(yīng)的理論分析。針對Al6061材料開展反射鏡超精密車削加工實驗,利用激光干涉儀和白光干涉儀對工件表面形貌及粗糙度進行檢測,并與仿真結(jié)果進行對比驗證前文形貌模型的正確性。利用BRDF檢測系統(tǒng)對工件表面的散射性能進行檢測,分析車削進給量及入射光源角度對BRDF分布曲線的影響規(guī)律。根據(jù)實驗所用樣品的對應(yīng)參數(shù)進行建模仿真,與實驗結(jié)果對比并進行誤差分析,從而驗證前文電磁場仿真結(jié)果的正確性。
【圖文】：

儀中的反射鏡面組，具體應(yīng)用如圖 1-1 所示。與傳統(tǒng)的反射鏡材料玻璃、無涂層鈹和單晶硅等相比，光學(xué)鋁具有制造周期短、易于成型、質(zhì)量輕等優(yōu)點[6]。另外由鋁合金制備的反射鏡及其支撐結(jié)構(gòu)具有相同的熱膨脹系數(shù)，組合使用既可以減少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，又可以大大提高光學(xué)系統(tǒng)的溫度適應(yīng)性和穩(wěn)定性[8]。光學(xué)反射鏡作為整個系統(tǒng)的核心元件占據(jù)著十分重要的地位，入射光束在經(jīng)過反射鏡面后到達接收器表面聚焦成像，其表面光學(xué)性能對成像質(zhì)量的影響至關(guān)重要。隨著鋁合金光學(xué)反射鏡應(yīng)用領(lǐng)域和需求規(guī)模的不斷增大，如何制造出符合要求的高性能鏡面成為了一個熱門研究方向，由此就促進了光學(xué)反射鏡面加工方法的進一步發(fā)展。

的光散射現(xiàn)象嚴重降低了其表面光學(xué)性能。如圖 1-2 所示，當成像光束入射到鏡面時，產(chǎn)生的反射光線不會集中在鏡面的主反射方向，在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部會難以避免的產(chǎn)生雜散光。部分雜散光會通過光學(xué)系統(tǒng)到達探測器表面，嚴重降低光學(xué)系統(tǒng)的信噪比和探測靈敏度，甚至破壞探測設(shè)備[12]。對于鋁合金反射鏡的實際工程應(yīng)用而言，探究影響反射鏡表面散射特性的主要因素及其作用規(guī)律，以便更好的抑制或者消除反射鏡的散射現(xiàn)象具有重要的應(yīng)用價值，但是此前的學(xué)者對超精密加工反射鏡散射特性影響因素的研究卻非常少見。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH74

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 張東閣;傅雨田;;鋁合金反射鏡的發(fā)展與應(yīng)用[J];紅外技術(shù);2015年10期

2 謝啟明;楊靜;徐放;肖建國;李剛;木銳;楊彥輝;張若寅;張萬清;田湫;;金屬非球面反射鏡的加工和檢測技術(shù)[J];紅外技術(shù);2015年02期

3 梁迎春;陳國達;孫雅洲;陳家軒;陳萬群;于楠;;超精密機床研究現(xiàn)狀與展望[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2014年05期

4 張月芳;郝萬軍;;吸波材料研究進展及其對軍事隱身技術(shù)的影響[J];化工新型材料;2012年01期

5 趙峻彥;王鵬;;衍射元件單點金剛石車削的工藝參數(shù)[J];機械設(shè)計與研究;2009年04期

6 劉貴杰,鞏亞東,王宛山;基于摩擦聲發(fā)射信號的磨削表面粗糙度在線檢測方法研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2003年03期

7 王洪祥,董小瑛,董申;金剛石車削表面微觀形貌形成機理的研究[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2002年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 梅超;大口徑多光譜變焦光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析與抑制技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機械研究所）;2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 徐君;顆粒污染光學(xué)反射鏡面散射特性建模與驗證[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 戰(zhàn)藍;KDP晶體超精密飛切加工表面形貌形成過程仿真與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 何春雷;鋁合金超精密車削鏡面形貌建模與散射分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 莊園;分形表面散射特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 黃昆濤;超精密單點金剛石車削反射鏡光學(xué)性能評價研究[D];天津大學(xué);2012年

6 羅健;模具材料單點金剛石車削中表面粗糙度的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 任虎;多種表面雙向反射分布函數(shù)的理論建模與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

，

本文編號：2633380