抛光区域几何特征与流场创成关键参数关系

磁流变抛光在其实际工作过程中,抛光区域几何特征的不同将会对流场创成的关键参数产生很大的影响。针对此问题建立三维模型与实验仿真展开研究。在研究抛光区域几何特征与流场创成关键参数的关系时,先改变抛光区域形状,观察其对流场创成中剪切应力、压力产生的影响;再控制抛光区域的形状相同时,通过改变抛光区域尺寸大小,观察对流场创成中剪切应力、压力产生的影响。结果表明：当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时剪切应力最大,抛光区域为凸面时剪切应力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而增大;当抛光区域形状为凹面,抛光区域两边的剪切应力随着抛光区域曲率大小增大而减小。当抛光区域形状不同时,抛光区域为凹面时压力最大,抛光区域为凸面时压力最小。当抛光区域形状为凸面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而增大;当抛光区域形状为凹面时,抛光区域处的压力随着抛光区域曲率增大而减小。     

抛光垫磨损非均匀性研究

抛光垫是化学机械抛光的重要组成部分,其磨损的非均匀性对被加工工件面型精度和抛光垫修整有重要影响。基于直线摆动式抛光方式,研究了抛光过程中抛光垫与工件的相对运动,建立了抛光垫磨损模型,分析了抛光工艺参数对抛光垫磨损及均匀性的影响。研究结果表明,工件与抛光垫的转速比为1.11,正弦偏心直线摆动形式,摆动幅度系数为2,摆动频率系数在0.1~0.2之间,抛光垫表面磨损更均匀,并根据抛光垫表面磨损特性优化了抛光垫形状。优化的抛光垫具有更好的面型保持性,延长了修整间隔,为抛光工艺设计提供理论指导。     

磁流变抛光材料去除的研究

磁流变抛光是近十年来的一种新兴的先进光学制造技术 ,它利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小磨头”进行抛光。被抛光光学元件的材料去除是在抛光区内实现的。首先简要阐述了磁流变抛光的抛光机理 ,然后利用标准磁流变抛光液进行抛光实验。研究了磁流变抛光中几种主要工艺参数对抛光区的大小和形状以及材料去除率的影响情况。最后给出了磁流变抛光材料去除的规律。     

纳米级面形精度光学平面镜加工

为实现纳米级面形精度光学平面镜的高效精密抛光,提出了一种由传统环带抛光技术和先进离子束抛光技术相结合的组合式加工方法。介绍了环带抛光技术和离子束抛光技术的原理,通过实验研究了离子束抛光的材料去除函数,并采用这种组合抛光方法对口径为150 mm的平面镜进行抛光,抛光后平面镜的面形误差和表面粗糙度分别达到1.217 nm RMS和0.506 nm RMS。实验结果表明,这种组合抛光技术适合纳米级面形精度光学平面镜的加工。     

集群磁流变抛光参数对亚表面损伤深度的影响

建立了亚表面损伤深度与抛光参数的关系模型,探究集群磁流变抛光后单晶蓝宝石亚表面损伤深度与集群磁流变抛光参数的关系,研究了抛光参数对亚表面损伤深度的影响规律,运用正交实验验证了模型的合理性.实验中使用白光干涉仪作为测量工具,α-Al_2O_3抛光液作为抛光液,每个实验因素选择三个水平,结果表明:集群磁流变抛光中,单晶蓝宝石亚表面损伤深度与磨粒粒径和抛光压力有关,亚表面损伤深度随着抛光压力和磨粒粒径的增大而增大,抛光压力对亚表面损伤深度的影响远大于磨粒粒径.当抛光压力和磨粒粒径分别为25kg和280nm时,经过100min抛光,亚表面损伤深度最小值达到0.9nm.在集群磁流变抛光中抛光压力是影响亚表面损伤深度的主要因素,当抛光压力为25kg时,集群磁流变抛光可快速去除亚表面损伤.     

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。     

机器人气囊抛光去除函数稳定性分析

基于气囊抛光技术和工业机器人平台开发光学元件精密抛光系统,既能满足光学元件快速抛光环节的高效率和高精度的要求,又可以降低开发成本,是极具潜力的抛光设备开发方案。气囊抛光具有稳定的且确定的材料去除特性,通常要求抛光斑稳定性在90%左右。针对机器人气囊抛光系统在多步离散进动抛光过程中机器人末端刚度对气囊抛光稳定性的影响展开研究,通过建立机器人末端刚度矩阵,获得机器人末端变形;基于Preston理论,建立含变形误差的气囊抛光去除函数。最后设计4步离散定点抛光实验验证机器人气囊抛光系统稳定性。根据结果可知抛光斑在XY截面轮廓线上皆呈类高斯形状,且XY截面轮廓线基本一致,具有比较好的重合度;对比不同抛光位置的截面轮廓线,其相对误差小于5%,由此可验证机器人气囊抛光系统在离散进动抛光时具有较好的稳定性。     

用环形拋光模抛光非球面

用维诺库尔分析过的环形抛光模改成一种非球面高速抛光模,对环形抛光模的数学模式作了进一步阐明,以探讨整个工件表面抛光的均匀性。叙述了环形抛光模的制造方法。讨论了磨削的非球面零件直接抛光的实验结果。     

平面和曲面光学零件气囊抛光材料去除的比较研究

气囊数控抛光是近年来一种新兴的先进光学制造技术,采用柔性的气囊作为抛光工具并以进动的方式进行加工。首先简要阐述了气囊抛光的抛光原理,然后针对平面和曲面光学零件,在自行研制的气囊抛光实验样机上进行了抛光实验。被抛光光学元件的材料去除是在抛光区内实现的。研究了进动角、气囊压缩量、气囊内部压力、气囊转速、抛光时间以及工件的曲率半径几种重要的工艺参数对平面工件和球面工件抛光接触区大小和形状影响情况的异同。在此基础上,总结了气囊抛光材料去除的影响规律。给出了几种重要工艺参数在平面工件和球面工件上取值范围。     

抛光对光纤连接器回波损耗的影响

分别选用氧化铝和氧化硅材料的抛光砂纸,在施加不同抛光压力、抛光时间,以及抛光助剂等工艺条件下,实验研究了抛光对连接器回波损耗的影响规律。通过实验发现:氧化铝砂纸干式抛光使光纤连接器的回波损耗仅保持在32～38dB之间;氧化硅砂纸干式抛光会造成光纤端面污损,使得连接器的回波损耗降低到20dB以下;氧化铝与氧化硅砂纸湿式抛光均可使光纤连接器的回波损耗提高到45～50dB,但氧化铝砂纸湿式抛光会造成80nm以上的光纤凹陷。因此,制作高回波损耗的光纤连接器应优先选用氧化硅砂纸湿式抛光工艺,抛光时间应控制在20～30s。     

超光滑表面的形成与抛光时间之间的关系研究

由于加工超光滑表面的古典法对加工者的经验要求较高,而且不同的加工者对抛光时间长短的控制也有较大的差别,因而下盘时机的准确判断将会对超光滑表面的加工质量产生严重的影响。为此,对所加工的全反射棱镜的超光滑表面抛光不同的时间,并在全反射条件下,根据全反射棱镜背向散射光斑的大小和亮暗的程度来判断所加工超光滑表面加工质量的检测方法,最终给出超光滑表面的抛光质量随抛光时间的变化。在实验结果的基础上得出了抛光质量随抛光时间交替变化的基本规律,并根据加工经验总结出了超光滑表面加工过程中的注意事项和判断下盘时机的基本方法。     

基于Kahan线性化快速计算梯度磁场下磁流变抛光区域抛光粉沉降特性

针对抛光粉沉降特性数值计算这一超大规模非线性问题,基于Kahan线性化解决了超大规模流固耦合计算问题。研究了以羟基铁粉和硅油为主要成分组合而成的抛光粉多相流在梯度磁场下抛光区域的沉降特性。以质量分数70%、粒径5 μm的羟基铁粉和粘度为0.973 Pa·s的硅油组合而成的抛光粉为研究对象,实现了不同的抛光轮转速、不同嵌入深度以及不同羰基铁粉质量分数情况下的沉降规律分析。结果发现:磁流变抛光区域的抛光粉会随着抛光轮转速的增大而增多;当到达出口时,抛光粉的分布趋于稳定状态;抛光粉会随着嵌入深度的增加而增多并存在饱和区;羟基铁粉的质量分数以非线性的方式影响沉降能力。     

一种高效率小口径非球面数控抛光方法

自主设计研制的非球面数控抛光机采用气囊式抛光工具,可抛光100mm以下的非球面光学零件,针对口径35mm凹非球面透镜(顶点曲率半径R=-108.14mm的双曲面),研究了非球面的抛光工艺,并确定了相关工艺参数,抛光时间大约为20min,第二次次抛光后元件面形精度达到1.08μm,满足了该零件的使用要求。相对于现有设备美国Precitich公司的Microfinish 300型CNC非球面抛光机,该抛光设备实现了中等精度要求的小口径非球面元件的高效数控抛光。目前该抛光机已经成功地应用于某光学系统非球面零件的批量生产中。     

超光滑加工的后置处理算法研究

为了精确控制超光滑加工过程中磨头的运动轨迹,从而实现光学元件材料去除的均匀稳定,研究了超光滑加工的后置处理算法。分析了超光滑加工工艺的特点和相应的超光滑机床的机械结构,建立了机床的坐标系统,构造了机床的运动学模型。对于光学元件母线为任意平面曲线的情况,研究了磨头运动轨迹的等误差直线逼近算法。在曲率半径为290mm,相对口径为1∶2.9的凹球面上进行了超光滑加工实验。结果表明,利用所述算法可以精确地控制磨头的运动轨迹,从而保证材料去除的稳定性。     

无损伤超光滑LBO晶体表面抛光方法研究

传统的抛光LBO晶体的方法是选用金刚石抛光粉在沥青抛光盘上抛光。沥青盘易于变形不容易修整,金刚石粉特别硬容易损伤抛光晶体表面。抛光过程中,抛光盘和抛光粉的选择是非常重要的,直接影响到抛光效率和最终的表面质量。新的抛光LBO晶体的方法,其抛光过程是一个化学机械过程,抛光盘、抛光粉和抛光材料相互作用。选用两种抛光盘(培纶和聚氨酯盘),三种较软的抛光磨料(CeO2,Al2O3和SiO2胶体),并在LBO晶体的(001)面进行抛光实验。用原子力显微镜测量和分析了表面粗糙度。结果表明,使用聚氨酯盘和SiO2胶体能够获得无损伤超光滑的LBO晶体表面,其表面粗糙度的RMS为0.3nm。     

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。