GRINDING OPTIMIZATION MODEL FOR NANOMETRIC SURFACE ROUGHNESS FOR ASPHERIC ASTRONOMICAL OPTICAL SURFACES

Bound abrasive grinding is used for the initial fabrication phase of the precision aspheric mirrors for both space and ground based astronomical telescopes. We developed a new grinding optimization process that determines the input grinding variables for the target surface roughness, checks the grinding error magnitude in resulting surface roughnesses, and minimizes the required machining time. Using the machining data collected from the previous grinding runs and subsequently fed into the multivariable regression engine, the process has the evolving controllability that suggests the optimum set of grinding variables for each target surface roughness. The process model was then used for ten grinding experiments that resulted in the grinding accuracy of $=-0.906{\pm}3.38(\sigma)\;nm(Ra)$ for the target surface roughnesses of Zerodur substrate ranging from 96.1 nm (Ra) to 65.0 nm (Ra) The results imply that the quantitative process optimization technique developed in this study minimizes the machining time and offers the nanometric surface roughness controllability superior to the traditional, qualitative, craftsman based grinding process for the astronomical optical surfaces.

천체망원경용 비구면 반사경 표면조도 향상을 위한 최적연삭변수 수치결정모델

지상 및 우주 천체 망원경용 비구면 반사경면 초기 제작공정에는 고정입자 휠을 사용하는 연삭이 있다. 본 연구에서는 매 연삭 가공 이전에 설정한 목표 표면조도를 달성할 수 있도록 입력 연삭변수들을 결정하고, 표면 가공오차를 추적하며 , 가공 경과시간을 최소화하는 새로운 연삭공정을 개발하였다. 특별히 이 공정 기법은 이전 연삭 가공 작업시 까지 수집된 입력 변수 및 가공 결과 표면조도 자료를 다 변수 회귀분석 방법에 대입하여 목표 표면조도에 따른 최적 연삭가공 입력변수를 매 가공 작업 시 진화적으로 제시하는 지능형 공정 조절 능력을 갖추고 있다. 개발된 공정기법과 초정밀 컴퓨터 수치제어 연삭기를 사용하여 $96.1\~65.0nm(Ra)$ 범위 의 목표 표면조도를 갖는 제로듀어 소재에 대하여 10회 가공 실험을 수행 한 결과 $=-0.906{\pm}3.38(\sigma)nm(Ra)$의 가공 정밀도를 달성하여, 지능형 연삭공정의 효율을 입증하였다. 이러한 연구결과는 천체망원경용 반사경면 연삭 가공 시 정성적 경험에 의존하여 가공하는 기존 기술을 극복하고 정량적 수치 모형에 의하여 가공소요시간 최소화 및 나노미터 급 표면조도를 달성하는 진화형 공정 최적화 기술의 확립이라는 의의를 가지고 있다.