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。     

大口径反射元件环形抛光工艺

根据环形抛光的加工特点,研究了大口径反射元件的环形抛光加工工艺。在4 m环抛机上进行了610 mm440 mm85 mm的大口径反射元件加工工艺实验,研究了修正盘及工件盘转速与元件面形的关系、修正盘及工件盘位置与元件面形的关系、沥青盘槽形与元件面形的关系。研究结果表明,通过对修正盘及工件盘转速、修正盘及工件盘位置、沥青盘槽形等工艺参数的优化控制,能够得到大口径反射元件面形的高效收敛,元件最高面形精度优于/6(=632.8 nm),验证了加工工艺的有效性。     

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。     

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。     

多磨头数控抛光对大口径离轴抛物面镜中频误差的抑制

大口径非球面光学元件的面形中频误差对光路中的光斑扩散函数精度以及高能激光的能量散射有着直接的影响,针对该问题,提出一种计算机控制的多磨头组合抛光技术,用于对非球面元件中频误差的有效控制。对半刚性抛光盘抛光过程进行了力学有限元分析,并基于Bridging模型对半刚性抛光盘抛光过程进行了理论模拟,对其贴合特性进行了研究分析。实验结果表明:采用多磨头组合抛光的技术能够有效改善大尺寸非球面元件的面形中频误差,加工的两件?460 mm离轴抛物面元件面形PSD1值相对于之前降低了近70%,达到2.835 nm,并且PV小于0.16λ(632.8 nm),RMS小于0.02λ。     

大口径光学元件五自由度抛光机械手的设计

多模式组合抛光大口径光学元件是提高加工效率和加工精度的有效方法。作为加工系统的重要组成部分,抛光机械手的设计是实现多模式加工的关键。分析了多模式加工的主要运动方式,提出了对抛光机械手的具体要求。设计了一种5自由度抛光机械手,介绍了其主要结构。由D-H法建立了机械手的坐标系,推导出其位姿方程并求得逆解,为后续控制系统的设计奠定了基础。     

倾斜表面的纳秒激光抛光研究

考察倾斜表面纳秒激光抛光后的表面形貌演化规律及表面倾斜程度对抛光效果的影响规律，可以为增材制造中的自由曲面激光抛光提供参考。采用纳秒激光对不垂直于光轴的粗糙平面进行激光抛光，并采用激光共聚焦显微镜对激光抛光后的表面形貌进行测试分析。结果表明：表面倾斜30°时，抛光后的表面在距离起始点4 mm附近存在表面轮廓波动异常增大的现象，表面粗糙度值增大到15.80μm；倾斜角度增大到45°时，表面轮廓波动异常增大的位置变化到2 mm附近；倾斜角度为60°时，未发生表面轮廓波动异常增大现象。表面轮廓波动异常增大现象反映了激光抛光从过熔型抛光到浅熔型抛光的过渡过程；自由曲面的激光抛光工艺需要根据抛光区域的倾斜程度和表面粗糙度选定合适激光功率密度和离焦量，从而实现良好的激光抛光质量。     

添加剂在高速抛光中的作用

本文以失重法评定抛光效果。抛光剂采用氧化铈,抛光介质为水,分别加入了三十二种电介质作为添加剂进行了广泛的抛光试验。结果得出硝酸锌等电介质对抛光速率有较大的提高,是目前工厂实用的,性能良好的添加剂。本试验在承认玻璃表面水解及机械作用的基础上,提出了二氧化硅胶粒带电及ξ电位的概念,解释了作为抛光粉添加剂的电介质在高速抛光中的作用机理。     

非固定环带随机双面抛光技术研究

提出了一种基于平移偏摆运动的非固定环带随机双面抛光的方法,通过设计平移偏摆装置使得工件运动方式脱离固定环带的限制,借助随机性运动进行迭代,解决了行星式双面抛光等固定环带抛光过程中产生的周期性轨迹问题;通过优化运动方式组合,在随机性运动叠加情况下实现了大口径超薄元件面形稳定收敛控制。与行星式双面抛光相比,不仅面形精度更好,而且没有明显的周期性加工痕迹。该方法可以应用到对表面激光损伤阈值有特殊要求的超薄件批量生产当中。     

超精密环行抛光技术

在大口径超精密平面光学元件加工中，环抛是一种重要的抛光技术，作为古典抛光的一种改进工艺，它在光学加工中得到了广泛的应用。但是它目前还存在着一些问题：对操作者的经验依赖太强，加工效率不高，加工质量也不稳定。根本原因是人们对抛光磨削的规律还认识不够，尤其是—些工艺参数的影响。     

光学面形的轮带光学抛光方法研究

鉴于光学零件高陡度凹曲面的抛光是光学加工的一个难题,轮带光学确定性抛光方法是解决此类零件抛光的有效方法之一;提出轮带光学抛光技术的原理和方法。研究了轮带光学抛光方法修形的可行性,采用五轴精密数控机床系统对一块直径Ф80 mm的K9玻璃平面样镜进行了修形试验,经过3次迭代修形使其面形精度均方根误差（RMS）由初始的0.109 提高到0.028 ,平均每次收敛率达到1.3。实验结果表明,应用轮带光学抛光技术进行光学镜面修形,面形收敛速度较快,加工精度较高。本实验验证了轮带光学抛光技术的修形能力,为高陡度光学零件的抛光提供了研究基础。     

铝合金表面的直接光学抛光实验

单点金刚石车削铝合金表面具有较好的表面质量和精度,但车削纹路会产生散射现象,难以满足高品质光学系统要求。对铝合金表面进行直接光学抛光可以去掉表面产生的车削纹路,提高反射表面的光学性能,分析酸性条件下和碱性条件下的铝镜抛光原理,采用新型抛光盘与抛光液对单点金刚石车削后铝合金表面进行抛光实验。实验结果表明:通过合理控制工艺参数,能够消除铝合金表面残留的周期性车削刀纹,并且不会产生新的表面划痕,得到较好的铝镜光学表面质量,测得的铝镜表面粗糙度Ra=2.6 nm。     

气囊抛光工艺参数的正交实验分析

针对平面光学零件,以抛光去除率和表面粗糙度为考核指标,应用正交试验法分析了气囊抛光过程中的主要工艺参数,包括抛光工具气囊的压缩量、气囊转速、气囊内部充气压力、抛光液的浓度对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律。结合气囊抛光的抛光机理对其进行了分析,根据实验结果对工艺参数进行了优化,并进行了综合参数的气囊抛光加工实验,获得了超精密光滑的表面。     

高纯石英玻璃研抛特性的研究

介绍了高纯石英玻璃的研抛特性。从石英玻璃的内部结构、硬度、微裂纹、表面结构等几方面分析了石英玻璃的物理特性,并与K9光学玻璃进行了对比。通过研究两者被抛光表面的显微图像,分析其产生的原因,结果表明,高纯石英玻璃研抛去除速度慢、表面质量高。     

抛光液的pH值对抛光元件表面粗糙度的影响

减小大孔径超光滑玻璃表面的粗糙度是提高抛光质量的关键。实验研究了抛光过程中pH值对抛光元件表面粗糙度的影响。结果表明:抛光液的pH值对抛光元件表面粗糙度有较明显的影响;抛光过程中抛光液的pH值会随抛光时间而变化;抛光过程中,当保持抛光液处于微碱状态,且离抛光粉的等电离点较远时,抛光元件表面具有较小的粗糙度。     

气囊式工具抛光新技术

介绍了一种新型的光学加工技术———气囊式抛光。气囊为球形的柔性膜,外表面粘贴抛光模,内部充入低压气体。气囊具有可独立的控制变量:内部的压力、抛光接触区、进动运动、旋转速度。以IRP 200型为例,介绍气囊抛光的原理及其实用效果。研究和试验表明:气囊式抛光是一种实用、经济的高精度非球面抛光技术,有可能成为光学冷加工发展的一个主要方向。     

聚酰亚胺树脂粉在金刚石抛光片中的应用

本文介绍了聚酰亚胺树脂粉在金刚石抛光片中的应用。由于聚酰亚胺树脂耐热温度高和耐磨性好，由它制作的金刚石微粉抛光片具有使用寿命长、磨削效率高和被加工工件的表面粗糙度低等优点。ＴＧ－ＤＳＣ分析表明：聚酰亚胺树脂粉在３６０℃之前的热稳定性较好，固化温度选择在２３０℃。ＳＥＭ分析表明：在抛光过程中起磨削作用的主要是金刚石颗粒。如果树脂的耐磨性能差与耐热温度不高，金刚石颗粒过早地脱落是引起抛光片寿命不长与加工工件表面粗糙度高的主要原因。     

Laser polishing of diamond plates

Results are reported on laser polishing of 150–400-μm-thick free-standing diamond films with either a copper vapor laser (510 nm wavelength) or an ArF excimer laser (193 nm wavelength). Studies were focused on three particular goals. First, we aimed at a choice of optimum conditions for laser polishing of thick diamond films. It was shown that the laser polishing conditions and the resulting surface roughness were controlled by varying the angle of incidence of a scanning laser beam and by polishing time. Second, the laser ablation technique was applied to remove a defective layer from the “substrate” side of the diamond plates in order to reduce optical losses due to absorption in this layer. Third, the structure of the laser-graphitized diamond surface was studied using UV, visible, and IR optical spectroscopy techniques in the course of the “step-by-step” oxidative removal of the graphitic layer with increasing temperature of the oxidation in ambient air. Once the graphitic layer was removed, the optical transmission in the UV-visible-IR spectral range of the diamond films polished under optimum conditions was measured and compared with the optical transmission of the mechanically polished diamond films. It was shown that the optical quality (in the long-wave infrared region) of the laser-polished diamond plates was sufficient to reach the transmittance value very close to the theoretical limit. Received: 20 October 1998 / Accepted: 8 March 1999 / Published online: 5 May 1999     

光学玻璃加工破坏层研究及粗磨、精磨、抛光工序加工余量的合理匹配

本文通过用五种散粒磨料（碳化硅）、五种固着磨料（金刚石）对八大类常用光学玻璃进行加工，用扫瞄电子显微镜观察其表面形貌，用抛测法测出其破坏层深度，得出一系列破坏层的深度数值，从而找出破坏层与磨料之问的函数关系。以破坏层的绝对深度为依据，得出光学加工中精磨、抛光工序的加工余量的合理匹配值。