红外与激光工程
2023, 52(9): 20230471
光学 精密工程
2023, 31(16): 2383
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
在计算机控制光学表面抛光中,高斯形状的去除函数是一种理想的去除函数,然而传统的双转子运动抛光产生的去除函数与高斯形状有较大偏差,不够平滑,因此会在被抛光表面引入较大的中频误差,影响高功率激光系统的性能。针对该问题,在传统双转子抛光的基础上,本文提出了偏心双转子运动抛光技术,并建立了数学模型。理论分析表明,偏心双转子抛光可以产生更加接近高斯形状的去除函数。对各关键参数进行优化,理论上获得了拟合优度(R2)达到0.9986的高斯型去除函数。进行了偏心双转子定点抛光实验和光栅轨迹数控抛光实验,定点抛光实验中获得了R2=0.9895的高斯型去除函数,验证了理论分析的正确性;光栅轨迹数控抛光实验证明了偏心双转子抛光技术较传统双转子抛光技术对中频误差有更好的抑制作用。
光学制造 小磨头抛光 高斯型去除函数 中频误差 偏心双转子运动 中国激光
2021, 48(24): 2404002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心, 上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
传统的接触式加工不可避免地会在光学元件上产生亚表层损伤,而大气等离子体抛光(APPP)具有非接触、可定量去除、加工过程不受材料性能影响等优点,在光学加工领域有着巨大的应用潜力。但在实际加工过程中,光学元件加工后的收敛效果并不明显,经验证明去除量随驻留时间的变化呈非线性而导致了加工误差。针对这一问题,首先优化了加工参数;之后研究了加工原理以及加工残余物对后续加工的影响,分析了加工存在非线性效应的原因;提出了一种基于变去除函数的驻留时间算法,并进行了实验验证。结果显示,对尺寸为120 mm×65 mm×10 mm的熔石英光学元件进行变去除函数加工实验,面形峰谷值(PV)的平均收敛率由加工前的21.41%提升至加工后的60.52%,面形均方根值(RMS)的平均收敛率由加工前的24.13%提升至加工后的74.79%,实现了熔石英元件的高精度快速加工,验证了变去除函数加工的有效性。
材料 大气等离子体抛光 去除函数 超精密加工 熔石英 中国激光
2021, 48(24): 2403002
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 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033
行星研磨技术由于提升磨削接触点相对速度,能够有效提高材料去除效率。但由于传统研磨盘不均匀磨损,导致研磨盘形状持续改变,从而影响了研磨过程中去除函数的稳定性和准确性,限制了该技术的应用。本文针对基于小磨头行星运动方式,通过建立构建磨损函数,预置研磨盘曲率半径,使研磨盘满足在加工单周期后各点去除量相等,从而提升去除函数稳定性。通过实验验证,研磨去除函数与模型仿真计算结果一致,验证了模型的准确性,利用优化后的研磨盘可获得高效稳定的去除函数。采用直径40 mm SiC研磨盘研磨SiC工件,实验结果表明:对比加工前后研磨盘磨损情况,面形变化小于1%,符合均匀去除要求;对比多组不同研磨阶段去除函数,体积去除率误差小于2.3%,满足光学研磨去除函数稳定性要求;在公转100 r·min-1,自转-100 r·min-1条件下,体积去除率达到6.879 mm3·min-1,比同样参数下的平转动研磨提高了40.9%的去除量。证明了行星研磨技术能够通过参数设计获得高稳定性的高效去除函数,为行星运动研磨技术应用于SiC镜片高效加工提了供可靠的理论指导。
光学加工 行星运动研磨 研磨盘磨损模型 去除函数稳定性 Optical processing Planetary motion grinding Wear model of grinding plate Stability of removal function
强激光与粒子束
2021, 33(5): 051002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心, 上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
大气等离子体抛光(APPP)是一种非接触式的化学刻蚀加工方法,具有效率高、成本低、精度高等优点,可以作为碳化硅(SiC)加工的一种有效手段。基于APPP气体放电理论和尖端电场畸变效应,分析了电极结构对等离子体放电稳定性和去除函数的影响;从理论上推导了APPP加工SiC的最优电极尖端半径,并进行了实验验证。在最优电极的基础上,系统分析了不同加工参数下APPP刻蚀SiC的去除函数的特性。通过优化电极结构和工艺参数,对直径为50 mm、初始面形误差峰谷(PV)值为475.846 nm、初始面形误差均方根(RMS)为124.771 nm的无压烧结碳化硅(S-SiC)进行加工,加工21 min后,S-SiC工件的PV值降低至103.510 nm,RMS值降低至12.148 nm,RMS收敛率达90.26%。实验结果显示:APPP加工SiC比大多数传统加工方法的效率更高。
表面光学 大气等离子体抛光 碳化硅 去除函数 超精密加工 中国激光
2020, 47(10): 1002002
1 西南交通大学机械工程学院, 四川 成都 610031
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
环形抛光是大口径平面光学材料加工的首选方式,特别是在大口径平面光学元件的超精密加工中占有重要地位。抛光盘表面形状是影响元件面形精度的直接因素。为了研究小工具对抛光盘表面材料的去除特性,首先需要准确测得抛光盘的表面形状。采用激光位移传感器采集抛光盘表面螺旋样点的高度,针对实验检测误差进行分析并标定,最终计算得到抛光盘表面的实际形状。借鉴数控小工具抛光方法,建立小工具修正下抛光盘的材料去除模型,通过仿真计算得到了在小工具修正范围内抛光盘的材料去除函数,分析了抛光盘的材料去除特性。最后通过小工具修正实验验证了仿真结果的正确性,为抛光盘的形状修正提供理论依据。
光学制造 环形抛光 抛光盘形状检测 小工具修正 去除函数
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
为了提高光学元件的面形精度,精确拟合出离子束去除函数。以去除函数的方均根(RMS)为分析对象,分析不同叠加间距下离子束等量去除的去除量及波动量。根据理论及实验数据分析验证一维等量去除的可行性,得出最优叠加间距为σ。再以σ为叠加间距进行二维等量去除理论及实验分析,通过30 s熔石英二维等量去除实验,得出去除量为384.7 nm。结合抛光实验,对RMS值为138.5 nm的Φ100 mm口径的熔石英平面窗口玻璃进行面形修正,加工后RMS值为18 nm,面形收敛率达到7.82。
光电子学 光学加工设备 离子束抛光 去除函数 叠加间距 等量去除 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 032501