高博 1,2,3,4王佳 1,2,3,*范斌 1,2,3张帅 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 光场调控科学技术全国重点实验室,成都 610209
2 2. 中国科学院先进光学研制中心,成都 610209
3 3.中国科学院光电技术研究所,成都 610209
4 中国科学院大学,北京 100049
为实现光学元件磁流变高精度加工,基于脉冲迭代原理,提出基于粒子群算法的驻留时间优化方法。该方法在脉冲迭代法的基础上引入粒子群算法对整体面型残差进行优化,通过对整体驻留时间的判定,从而实现每个驻留时间点的最优选择,达到高精度面形加工。通过对Φ156 mm光学表面仿真加工,均方根(RMS)值和峰谷(PV)值从初始的169.164和1 161.69 nm收敛到23.492 5和807.215 6 nm。仿真结果表明,该算法能在保证面形收敛精度的同时快速获得稳定可靠的驻留时间分布,能有效降低中频误差,其算法性能优于常用的脉冲迭代法。该算法为磁流变抛光光学元件过程中的驻留时间计算提供了一种解决方案。
光学加工 磁流变抛光 驻留时间 中频误差 optical manufacturing magnetorheological finishing dwell time mid-spatial error 
半导体光电
2023, 44(3): 395
作者单位
摘要
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川绵阳621900
磁流变抛光是实现锥镜低表面损伤、面形误差高效抑制的重要工艺,然而锥面磁流变抛光去除函数畸变严重、畸变规律复杂,而现有方法难以直接有效建立其去除函数模型,导致面形收敛效率低下。本文分析了锥面曲率效应对磁流变抛光去除函数畸变的影响机制,研究去除函数的基准化特征参数关于平均曲率的解析规律,建立了由平面到锥面的磁流变抛光去除函数演绎方法。该方法将锥面去除函数的长宽、体去除率、峰去除率演变规律综合纳入到演绎之中,更全面地反映了锥面曲率效应下的磁流变抛光去除函数的畸变特性,同时避免了理化特性参数测量以及复杂方程和非线性问题的求解,为实际工况下锥面去除函数演绎提供一种有效、低成本方法。重复性采斑实验结果显示锥面去除函数特征参数的演绎误差为3.20%~12.02%,证明了该演绎方法具有较强的适用性。
锥面镜 磁流变抛光 去除函数演绎方法 特征参数 平均曲率 conical mirror magnetorheological finishing removal function deduction scheme characteristic parameters mean curvature 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2383
作者单位
摘要
1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室,四川绵阳6200
2 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所,四川绵阳61900
为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能,利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机,以不锈钢球为对磨副,以熔石英为基底,系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响,并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制,最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明:纳米金刚石磨粒团聚程度越大,熔石英表面的材料去除率越大,磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时,熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主,伴随着轻微的磨粒磨损,同时熔石英的亚表面无明显损伤;当载荷从0.5 N增加到4 N时,熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主,熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现,熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致,表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。
磁流变抛光 磨粒团聚 纳米金刚石 熔石英 磨损性能 magnetorheological finishing abrasive agglomeration nanodiamond fused silica wear properties 
光学 精密工程
2023, 31(7): 1031
作者单位
摘要
1 天津工业大学纺织科学与工程学院,天津 300387
2 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津 300387
兼具表面低红外发射率和隔热性能的功能纺织材料在工业及**领域有着广泛用途。从利用低表面发射率和控制物体表面温度两方面,研究制备具有低红外发射率且隔热性能良好的功能材料。选用聚丙烯酸酯(PA)作为成膜粘结物质,研究了铝粉的粒径及用量对涂层红外发射率的影响;以不同的空心微珠为隔热填充剂,并对其用于涂层织物的隔热效果进行探究。最后,将低发射率涂层与隔热涂层进行复合,制备出兼具低发射率与隔热性能的材料。结果表明,采用400目片状铝粉时的发射率比采用600目时更低,20%的400目片状铝粉的涂层胶所制备的涂层表面的红外发射率低至0237。由于空心微珠是较好的隔热填料,以共混15%的玻璃微珠为隔热层,以共混20%的400目片状铝粉为低红外发射率涂层,所制备的纤维基复合涂层材料的发射率为0507,热体试样与背景温差为375℃,具有较好的隔热性能和低红外发射率。
热红外 低发射率 隔热 涂层整理 thermal infrared low emissivity thermal insulation coating finishing 
红外
2022, 43(10): 23
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密与物理研究所,吉林 长春 130033
硒化锌晶体作为常用的红外晶体材料,广泛应用于红外光学系统中。为了提高硒化锌晶体的加工质量及加工效率,提出了将磁流变抛光(MRF)与传统数控抛光(CCOS)技术相结合的方法,通过多组正交实验配置硒化锌晶体的磁流变抛光液,对一块口径为50 mm的硒化锌晶体展开磁流变抛光,再针对磁流变抛光后的表面痕迹进行传统数控抛光,在正压力为0.05~0.1 MPa范围内,经过30 min均匀抛光,硒化锌晶体的表面粗糙度由3.832 nm降低到1.57 nm,粗糙度得到明显改善。该方法有效提高了非球面硒化锌晶体的加工效率并改善了加工后的表面质量,对硒化锌晶体的非球面超精密加工具有重要的参考价值。
光学制造 非球面硒化锌 磁流变抛光 粗糙度 optical manufacturing aspheric zinc selenide magnetorheological finishing roughness 
红外与激光工程
2022, 51(9): 20220531
作者单位
摘要
1 浙江科技学院 机械与能源工程学院,浙江杭州30023
2 台州学院 航空工程学院,浙江台州318000
为解决现有医用钛合金接骨螺钉结构复杂、尺寸不一、表面毛刺较多等抛光难点,提出了一种新的抛光方法——滚筒式超声-磁流变复合抛光,并自主设计了滚筒式超声-磁流变复合抛光装置。该装置采用三磁极励磁结构的电磁铁励磁方式,通过理论计算与Maxwell仿真分析确定该励磁装置结构尺寸与线圈参数。搭建滚筒式超声-磁流变复合抛光实验平台,开展励磁电流单因素抛光实验,对抛光装置中磁流变液磁感应强度进行测试,并与仿真结果进行对比。当电磁铁励磁装置N极宽度为35 mm,线圈匝数为1 080匝,线径为1.25 mm时,可通入线圈的最大电流为5 A,抛光区域可形成良好的磁路特征,磁场分布可形成磁流变抛光区与磨粒更新区,磁流变抛光区磁感应强度最高可达0.57 T。滚筒内抛光区域磁流变液磁感应强度的测试值小于仿真值。抛光前后工件表面粗糙度变化率随励磁电流的增大先升高后降低,当电流为4 A时,表面粗糙度由1.39 μm降至0.435 μm,此时表面粗糙度变化率取得最大值68.7%。三磁极励磁结构的电磁铁励磁装置磁感应强度能够满足磁流变液在抛光时对磁场的要求,有效抛光区域较大。
磁流变抛光 励磁装置 超声振动 接骨螺钉 有限元 magnetorheological finishing excitation device ultrasonic vibration medical bone screws finite element analysis 
光学 精密工程
2022, 30(18): 2219
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所,四川绵阳62900
2 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室,四川绵阳61010
为了研究磁流变抛光后元件表面“彗尾状缺陷”的生成和演变机理,本文以石英玻璃为样品,分析了磁流变抛光时抛光液中抛光颗粒浓度与水分含量对彗尾状缺陷的影响。研究表明,彗尾状缺陷的生成与元件表面存在的原始缺陷相关,抛光颗粒在缺陷处的堆积是造成原始缺陷转变成彗尾状缺陷的主要原因。随着抛光颗粒浓度的增加,抛光颗粒在原始缺陷处的堆积明显,生成的彗尾状缺陷数量增加;然而随着水分含量的增加,抛光液的流动性增强,抛光颗粒在缺陷处堆积效应减弱,彗尾状缺陷出现的数量降低。在磁流变抛光过程中,原始凹坑缺陷首先演变成彗尾状缺陷,彗尾状缺陷的头部凹坑深度相对于原始缺陷表现出先增加再降低的趋势;而凹坑的边缘角度随抛光的进行单调增加,直到缺陷被完全去除。本文的研究结果为磁流变抛光中抑制元件表面彗尾状缺陷的生成奠定了理论基础,有助于后期研发控制彗尾状缺陷的抛光液和工艺优化方法。
光学加工 磁流变抛光 彗尾缺陷 堆积效应 石英玻璃 optical fabrication Magnetorheological Finishing(MRF) comet-tail defects accumulative effect fused silica glass 
光学 精密工程
2021, 29(4): 740
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所, 四川绵阳621900
传统的磁流变抛光工艺采用抛光缎带的固定位置对工件进行法向加工,由于机床转轴的行程限制,工件陡度较高区域不可达,当前基于等效磁场原理的变切触点抛光方法存在着等效磁场实现成本高,没有充分发挥机械轴与虚拟轴相结合的抛光能力等问题。本文针对这些问题提出了一种用于加工高陡度曲面元件的方法,分析了保证去除函数稳定的磁场特点,通过磁场测量实验验证了磁场的稳定范围,通过采斑实验确定了去除函数稳定的虚拟轴范围为±12°,提出了将虚拟轴与机械轴复合使用的加工方法,并基于刚体变换实现了该加工方法下的坐标解算。最后,通过增加倾角的球面件抛光实验,将球面元件95%口径的PV值收敛为0.096λ,RMS值收敛为0.012λ,实验结果表明虚拟轴和机械轴复合抛光方法具有针对高陡度曲面的修形能力。
磁流变抛光 变切触点 机械轴 虚拟轴 高陡度曲面 magnetorheological finishing variable normal-contact virtual axis mechanical axis high-gradient surface 
光学 精密工程
2021, 29(2): 286
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130012
2 中国科学院长春光学精密与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了提升单晶碳化硅(SiC)材料的抛光效率及表面质量,提出了将传统抛光与磁流变抛光(MRF)相结合的新方法,并对一块直径为100 mm的单晶SiC晶圆进行实际加工。首先,采用环抛技术将单晶SiC晶圆表面粗糙度快速加工至0.6 nm左右;然后,通过配制特殊的磁流变抛光液,采用磁流变抛光技术对晶圆进行35 min快速均匀抛光,改善了SiC晶圆表面的缺陷,消除了晶圆亚表面损伤;最后,采用纳米金刚石抛光液,通过环抛对SiC晶圆进行精抛光,获得了粗糙度为0.327 nm的高表面质量单晶SiC晶圆。该方法将单晶SiC晶圆的加工时间缩短了约7 h,有利于提升SiC晶圆的加工效率、精度及质量。
光学制造 碳化硅晶圆 磁流变抛光 环抛 表面质量 亚表面损伤 
光学学报
2020, 40(13): 1322001
Author Affiliations
Abstract
1 Materials Fabrication Laboratory, RIKEN, Saitama 351-0198, Japan
2 Department of Modern Mechanical Engineering, Waseda University, Tokyo 169-8555, Japan
3 Department of Mechanical Systems Engineering, Ibaraki University, Ibaraki 316-8511, Japan
4 Department of Mechanical Engineering, Kyushu University, Fukuoka 819-0395, Japan
5 New technology developments, Akita Industrial Technology Centre, Akita 010-1623, Japan
6 Department of Industrial Chemistry, Tokyo University of Science, Tokyo 162-8601, Japan
Total reflection x-ray fluorescence analysis is applied to trace element detection in liquid for effective environmental monitoring. This analytical approach requires x-ray total reflection mirrors. In order to achieve high sensitivity element detection, the mirrors require high surface quality for high x-ray reflectivity. Surface finishing for x-ray mirrors is typically conducted through a series of abrasive processes, such as grinding and polishing, and is thus time consuming. The purpose of this study is to streamline and enhance the surface finishing process based on unique high quality grinding techniques for the production of x-ray total reflection mirrors.
grinding finishing x-ray mirror 
International Journal of Extreme Manufacturing
2020, 2(1): 015101

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