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。
化学机械抛光 抛光垫 磨损 运动轨迹 非均匀性 chemical mechanical polishing polishing pad wear movement path nonuniformity
为保证加工精度和提高抛光效率, 推导了盘式动压抛光所用的环形抛光盘在平转动运动方式下的去除函数。在平转动运动方式下, 与应用最为广泛的圆形抛光盘相比较, 环形抛光盘的最大趋近因子提高了10.25%, 更加趋近脉冲函数的特性, 减少光学元件表面的中高频误差。给定初始面形误差, 以相同的参数采用脉冲迭代法计算驻留时间和残留误差, 经过50次迭代, 仿真加工结果表明, 环形抛光盘相比于圆形抛光盘的表面残留误差降低了3.65%, 提高了抛光去除效率。
抛光 环形抛光盘 去除函数 趋近因子 残留误差 polishing annular polishing pad removal function tending factor residual error
1 四川大学 电子信息学院, 成都 610064
2 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
为了了解在抛光过程中抛光盘位置对光学元件面形的影响, 对一种双轴式平面研磨抛光运动过程进行了分析。从Preston方程出发, 推导了去除函数的表达式, 研究了抛光盘的摆幅及偏心距离对元件的去除量分布的影响。通过定量计算得知, 在加工转速不变的情况下, 增大抛光盘的摆幅, 元件不同圆周上的去除量也不同。增大偏心距, 元件的去除量增大, 不论抛光盘相对元件的位置如何改变, 回转中心的去除量总是最大。
平面研磨 去除函数 抛光盘摆幅 偏心距 去除量 plane lapping/polishing removal function polishing pad swing eccentric removal quantity
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。
光学元件 抛光 面形精度 压力分布 抛光垫 optical components polishing surface precision pressure distribution polishing pad
抛光是光学加工中获得超精密表面的主要手段。为明确抛光垫特征对平面光学元件抛光面形的影响规律，分析了抛光垫与工件之间的界面接触形式，并建立接触力学分析模型，运用有限元方法分析了工件与抛光垫之间的接触压力分布情况，获得了抛光垫厚度及表面球半径等特征对抛光压力分布的影响规律。基于理论分析结果，提出了一种新的平面抛光面形控制技术。在实验中对一块尺寸为430 mm×430 mm×60 mm 的熔石英元件进行了加工，通过将抛光垫表面修整为微凸面，同时对抛光转速比进行精确控制，实现了工件面形精度的快速收敛。
光学加工 抛光 工件面形 压力分布 抛光垫 optical manufacturing polishing workpiece surface form pressure distribution polishing pad
1 西北大学，陕西 西安 710069
2 西安北方捷瑞光电科技有限公司，陕西 西安 710111
3 中国兵器工业203研究所，陕西 西安 710111
4 陕西 西安 710069
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。
激光陀螺 超光滑 抛光模 抛光粉 laser gyroscope ultra-smooth polishing pad polishing powder
1 西北大学，陕西 西安 710069
2 西安北方捷瑞光电科技有限公司，陕西 西安 710111
3 中国兵器工业203研究所，陕西 西安 710111
激光陀螺不仅对合光棱镜角度精度有极高的要求，而且对角度和尺寸的一致性有严格的限制。为了加工这种高精度角度光学元件，提出通过手修工装母体复制出成盘加工工装，再复制出光学零件的加工方法，并分析了测角仪的测量精度、面形之间的匹配误差和平行的测量误差所引入的角度加工误差情况，提高了面形加工的平面度，避免了局部不规则现象，控制了温差对面形变化的影响。另外通过降低平行测量的误差以及减小闭合角度之间的叠加误差等具体措施也可以提高光学元件加工效率和角度加工精度。
激光陀螺 光学元件加工 光胶垫板 匹配误差 角度加工误差 laser gyroscope machining of optical element polishing pad matching error machining accuracy of angle
