光学元件超精密气囊抛光关键技术研究现状

空间光学元件对面形精度和表面质量有着极高的要求,气囊抛光采用了新型的抛光工具和特殊的运动形式,是一种高精度、高效率的光学元件加工方法,尤其适用于非球面的加工,具有广阔的应用前景.分析了气囊抛光技术的基本原理及该技术的发展过程,介绍了气囊抛光相关技术的研究情况和实验结果,对几项关键技术的研究现状进行综述,重点介绍材料去除特性、驻留时间控制算法、边缘精度控制以及最新开发的喷液抛光技术的研究情况.     

平面数控抛光工艺优化技术

为了满足“神光”-Ⅲ装置对大批量大口径光学元件的需求，解决加工精度以及加工效率等方面的问题，对计算机控制光学表面成型技术（CCOS）进行了多方面的研究。在对平面数控软件进行了深入的研究工作后，结合高精度干涉检测手段，对数控工艺软件进行了大幅的改进。     

大口径平面光学元件超精密加工技术的研究

为了解决激光核聚变装置中大口径平面光学元件的批量制造难题,将先进制造技术和传统抛光技术相结合,提出了一种新的工艺方法,即使用ELID(在线电解)磨削代替传统的铣磨和初抛工序,以提高生产效率。利用数控抛光将工件抛光至最终的面形精度,以提高生产效率和减少边缘效应。将连续抛光作为最终加工工序,使加工工件的表面粗糙度和波纹度达到工程要求。实验证明这一新的工艺方法是可行的。     

激光核聚变光学元件超精密加工技术的研究

论述了脆性材料延性加工机理。应用超精密加工技术解决了激光核聚变光学元件的大批量加工问题。研究了平面光学元件、KDP晶体和方形透镜超精密加工技术,给出了这三类光学元件超精密加工的工艺过程、机床设计准则和最佳工艺参数。     

金刚石超精密切削加工技术

简要介绍超精密金刚石切削技术的概念及应用。介绍超精密金刚石加工技术应用实例。详细阐述影响金刚石超精密切削加工的因素。     

环形抛光的生产工艺

在大口径超精密平面光学元件加工中，环形抛光（简称环抛）是一种重要的抛光技术。由于抛光的过程复杂，并受很多因素影响，环抛加工技术一直未能取得有效突破，也未能形成稳定的生产能力。文中用主动轮方法精确控制校正盘和元件转速，进行抛光胶配比实验及新抛光胶盘的制作、抛光胶盘开槽改进、新制胶盘面形快速收敛、区域环境的控制改进、改变抛光液pH值控制胶盘老化等，以提高环形抛光的效率。     

脆性光学材料超精密加工技术

如何在光学晶体、光学玻璃等脆性材料上高效地制取纳米级光学表现是现代超精密加工技术领域的重点研究课题。近年来，此项技术取得了突破性进展，出现了浮法抛光、离子束加工、韧性加工等新一代脆性光学材料超精密加工技术。从加工机理、加工精度、表面质量、生产率等方面对其进行分析比较，并讨论了令人瞩目的韧性加工技术。     

浮法抛光超光滑表面加工技术

浮法抛光技术首先出现于日本，是加工超光滑表面的先进技术之一。本文详细介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程，与传统的沥青抛光方法进行了比较，并分析了材料去除机理。最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。     

光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明:工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。     

光学元件精密加工中的磁流变抛光技术工艺参数

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量,在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100-P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究,设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索,分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系,得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明：工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律,掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果,为高精度光学表面的加工提供可靠的保障,同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。     

磁流变抛光技术与装备研究

磁流变抛光技术利用磁流变抛光液的可控流变特性进行加工,被誉为光学制造界的革命性技术。重大光学工程、光刻机系统以及强激光武器等,对光学平面、球面及非球面元件的超精密加工提出了较强的需求,传统抛光技术已经难以满足这些元件的加工质量要求。     

抛光工艺参数对熔石英元件低频面形精度的影响

根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型,系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验,研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测,优选出较佳的抛光工艺参数组合,并进行了相应的实验验证,提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。     

液浮法抛光优化技术

一种新的光学元件表面抛光工艺—液浮抛光技术,采用具有剪切增稠效应的非牛顿流体作为抛光液,流体在抛光区域形成液膜,实现对工件表面高效、低损伤的加工。以材料去除量以及工件表面粗糙度作为评价指标,利用正交实验法对K9玻璃抛光过程中的四个关键影响因素:磨粒质量分数、磨头入口压强、磨头重力、剪切增稠相中分散相的质量分数进行实验分析,得到一组最优参数组合以及各主要影响因素对抛光效果的影响程度。对于工件表面粗糙度,采用极差法得出各因素对整个工件的影响程度的主次顺序为(主→次):二氧化硅质量分数、磨头重力、入口压强、磨粒质量分数,最佳参数组合为:磨粒氧化铈质量分数为14%,入口压强为0.3MPa,剪切增稠相中分散相二氧化硅质量分数为9%,磨头重力为34.3kg;对于材料去除量分布,经过90min的抛光,其平均去除量为0.2μm。     

抛光工艺参数对熔石英元件低频面形精度的影响

根据工件与抛光盘的相对运动关系及熔石英元件抛光加工材料去除模型,系统分析了转速比和偏心距等参数对材料去除函数的影响。通过理论分析和抛光加工实验,研究了不同工艺参数对低频段面形精度的影响规律。利用高分辨率检测仪器对熔石英元件低频面形误差进行了检测,优选出较佳的抛光工艺参数组合,并进行了相应的实验验证,提出了提高光学元件抛光加工低频面形质量的相应措施。     

基于非牛顿流体新型液浮法抛光技术研究

提出一种新的柔性抛光技术——液浮法抛光,通过软件仿真及实验对其进行探索性研究。针对抛光液为具有剪切增稠效应的流体,利用软件对该类液体的液浮法抛光技术模型进行流场分析,得到液浮抛光模型的流场压强、剪切力分布情况。仿真结果表明,液浮抛光技术对被加工件表面具有一定的剪切效果,可以实现对工件材料的去除。搭建实验平台,设计一组实验,其中配置以粒径12 nm的二氧化硅为溶质,分子量200的聚乙二醇为溶剂的非牛顿幂律流体作为抛光液的剪切增稠基液(其中二氧化硅质量分数为9 %),加入质量分数为18 %的氧化铈作为磨料的抛光液,对于初始粗糙度为23.97 nm的K9玻璃经过90 min的抛光,其粗糙度可达到1.023 nm,实验结果表明,该技术可用于光学元件的抛光加工。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

 为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术

为解决强激光系统中大口径光学元件抛光面形精度收敛困难的问题,提出了一种基于压力补偿原理的抛光面形快速收敛技术。利用独特的抛光垫修整技术,将抛光垫表面修整成特定形状,使工件与抛光垫的接触面产生不均匀的压力分布,并结合精确的抛光转速控制,以加快工件面形精度的收敛速度。实验结果表明,将抛光垫修整成微凸面形,可以有效避免抛光中元件过早塌边问题,能将大口径平面元件的初抛时间从数天缩短到6 h以内,元件面形精度提高到1个波长左右。     

纳米级光学超精密加工技术

纳米级光学超精密加工是软X射线光学和光电子学元件制备的重要基础技术之一。本文概述这一技术研究的主要内容并介绍近10年来特别是80年代后期在这一研究领域的最新进展，例如单点金刚石车削、可延展磨削、浮法抛光以及离子束抛光等。超精密加工的最终目标是直接操纵原则，本文还介绍了用扫描隧道显微镜（STM）实现亚纳米级超精密加工的可能性。亚纳米级超精密加工技术将成为下个世纪重要的高技术。     

超光滑表面及其制造技术的发展

超光滑表面制造技术是超精密加工技术的一个重要分支。通过介绍超光滑表面的特征、应用及其制造技术的发展,希望给出超光滑表面技术的整体轮廓。在介绍超光滑表面的概念及其主要特征的基础上,通过典型例证指出了超光滑表面的软X射线光学、激光陀螺等科技领域的重要应用。回顾了超光滑表面制造技术的发展过程,对各种超光滑表面加工原理与方法进行了简单描述与评价。最后提出了对超光滑表面制造技术的发趋势的观点。     

空间光学元件超精密气囊抛光的去除特性研究

为得到空间光学元件超光滑表面,对超精密气囊抛光方法的去除特性进行了理论和实验研究.以Preston方程为基础,应用运动学原理建立了气囊抛光"进动"运动的材料去除模型,针对抛光气囊工具的物理特性,按照Hertz接触理论对去除模型进行了修正;利用计算机仿真的方法,分析了几个主要工艺参数对"进动"抛光运动去除特性的影响规律,并在超精密光学数控抛光机上进行了正交实验;仿真和实验结果吻合较好,总结得到4点气囊抛光方法中重要的结论,给出了"进动"角与压缩量的取值范围,以此得到了面型精度RMS值为0.024λ(λ=0.6328 μm)的超光滑表面,为开展光学元件气囊抛光工艺研究提供依据.