超硬磨料砂轮修整技术的新发展

硬脆材料精密超精密磨削加工的质量水平主要取决于砂轮的修整效果,本文论述了超硬磨料砂轮近年来新发展的激光修整、超声振动修整、电火花修整和在线电解修整技术等的修整原理、特点及效果,并且介绍了新发展的在线修整与检测技术的发展.

砂轮磨削的超声修整效果

论述了超声振动修整砂轮的机理 ,分析了超声振动修整和普通修整的不同 ,以及采用不同砂轮磨削不锈钢时的工件表面粗糙度的变化情况。

超声振动修整砂轮系统的阻抗分析

通过合理划分超声振动修整系统 ,计算出超声振动修整砂轮系统的各个子系统机械阻抗 ,运用机械阻抗综合法求出系统的共振频率 ,为实验中寻求系统的谐振点提供了理论依据。并且提出修整瓦的尺寸对系统的谐振频率影响不大 。

工程陶瓷材料精密磨削加工技术的新发展

随着材料科学技术的进步,有关硬脆材料以及各种增韧、增强新型复合材料的精密、超精密磨削加工技术和材料表面成形技术成为当今世界各国研究的热点.文章介绍了陶瓷材料的结构和力学特性,陶瓷材料磨削机理和当前各种先进的精密磨削加工方法和超声磨削方法,为陶瓷材料加工的进一步发展提供了依据.

高能皮秒拍瓦激光研究进展、技术挑战及发展趋势

兼具高峰值功率和高脉冲能量两大特征的皮秒拍瓦激光与物质相互作用的物理效果跟脉冲信噪比、聚焦功率密度和时空调控精度等关键因素直接相关。深入研究了这三大因素相应的受限机制、关键技术以及神光II升级装置中皮秒拍瓦激光等典型代表的最新技术进展,对于提升拍瓦激光性能具有指导作用。针对皮秒拍瓦激光的负载受限问题,从元器件损伤阈值、光场退化和洁净控制等方面进行了分析,并综述了基于等离子体光学的脉冲放大及压缩技术在突破高功率激光负载瓶颈的新研究动向。此外,皮秒拍瓦激光要从实验室走向更广泛的应用,还需要持续推进高效高能重复频率皮秒拍瓦激光的技术攻关。

高功率激光驱动器中的若干关键工程光学问题

高功率激光装置是一个复杂的有源巨型光学工程,其性能指标要求逼近科学技术与物理极限。驱动器研制有物理设计、工程光学和结构工程设计三大过程,工程光学在其中起着重要作用。高功率激光装置工程光学设计需遵循其特有的设计原则和要点,以保证装置的高性能。根据驱动器设计指标和设计特点,从总体光学设计、光束质量控制以及光束打靶精度控制方面,综述了高功率激光装置工程光学设计中的关键科学技术问题以及相应解决方法,为未来高功率激光驱动器的发展提供必要的工程设计参考。

大口径光学元件精密加工温差分析及控制方法

针对大口径光学元件精密加工时上下表面存在温差的问题,以环形抛光系统为例,对抛光盘和工件温度特性进行了研究。在1.6m环形抛光机上对工件温度进行了测定,结果表明即使在低速抛光情况下工件上下表面也会产生较大的温差。提出了合理搭配工艺参数和对工件非加工面绝热两种温差控制方法。通过采用控制变量法和对工件绝热抛光法进行测温实验验证了方案的可行性,为高精度面形加工奠定了基础。

磷酸盐激光玻璃的化学机械抛光

从磷酸盐激光玻璃的成分和结构出发,分析了其化学机械抛光(CMP)机制.通过实验验证了磷酸盐激光玻璃对抛光液pH值具有较强的选择性,在微酸性和中性条件下磷酸盐激光玻璃具有较高的抛光效率,在抛光液中添加pH值调节添加剂会保持抛光环境的酸碱性从而影响抛光效率和抛光质量.通过对pH值和抛光剂浓度的控制获得了均方根(RMS)优于0.6 nm的磷酸盐激光玻璃的超光滑表面.

环形抛光中倾覆力矩对工件面形的影响及解决方法

对环形抛光法加工大小口径工件面形不一致的问题进行了研究。在0.69 m环形抛光机上发现,Ф100 mm工件面形微凹时,Ф48 mm工件为峰谷(PV)值0.336λ(λ=632.8 nm)的凸面形。利用Winkler假定和Preston方程对工件的面形进行了研究,发现倾覆力矩是引起面形不一致的主要原因。对于圆形工件的理论计算结果表明,当工件和抛光盘之间的摩擦系数与分离器对工件的作用力合力的高度的乘积大于工件直径0.125倍时,工件将会变凸。对工件进行了加压、润滑和降低工件支撑位置等实验,发现加压不能改善工件面形一致性;在抛光液中添加润滑剂后一致性有了一定的改善,Ф48 mm工件PV值降为0.128λ;而降低工件支持位置后,大小口径工件面形不一致性问题得到了解决,Ф48 mm工件PV值降为0.058λ,且变为微凹面。此结果表明抛光盘与工件的摩擦系数不能太大,且分离器对工件的支持位置应尽量靠进盘面。

环形抛光技术在列阵透镜制造中的应用

针对传统方法抛光高功率激光实验中使用的长焦距列阵透镜单元遇到的检测困难、一致性差等问题,提出了采用环形抛光的新方法。对环形抛光系统的理论分析表明,抛光盘面形可以稳定在球面状态。利用这种特性,环形抛光法可以抛光小曲率球面。阐述了抛光盘面形的调节方法。利用0.69 m环形抛光机对口径45 mm、曲率半径57207 mm的列阵透镜单元进行了抛光,结果表明面形精度和一致性均优于平面摆动式抛光法。最后对环形抛光机可抛光的球面曲率半径范围进行了探讨,发现盘面尺寸越小球面抛光能力越强,直径0.8 m的盘面可抛光的曲率半径可低至10 m。

抛光过程中光学元件表面划痕的形成和控制

通过在石英玻璃的抛光过程中引入α-Al2O3颗粒,对抛光过程中石英工件表面产生的划痕类型和收尾阶段不同粒径杂质颗粒产生的划痕长度进行分析,同时研究了抛光液质量分数和抛光盘结构对石英玻璃抛光质量的影响。结果表明:杂质颗粒需要盘面提供足够大的支撑力才能在工件表面产生划痕,而杂质颗粒所受盘面的支撑力大小取决于其位置高度和共同参与受力的基质颗粒数量;杂质颗粒的位置高度很难掌控,但在相同工艺条件下,使用质量分数为6%的抛光粉和具有多微孔结构的沥青抛光盘可以有效降低划痕的产生概率,并且不会导致抛光表面粗糙度变差或过度影响抛光效率,对实际加工生产有指导意义。

基于最优调谐液柱阻尼器的气浮光学平台稳定性研究

为了解决气浮光学平台在水平方向超低频减振的问题以提高超精密实验的产出质量,提出基于调谐液柱阻尼器(TLCD)的气浮光学平台流固耦合理论,用来实现最优调谐控制和实验精度的提升。首先对TLCD进行原理分析并推导出固有频率的设计范围;其次对TLCD气浮光学平台流固耦合系统进行建模及推导;接着对流固耦合系统进行响应特性分析及参数优化;最后对时域响应和光学实验进行验证分析。结果表明,当固有频率比一定时,存在一个最优阻尼比可以使减振效率取得最大值,共振峰处的减振效率达到66.76%;同时通过调控小孔板可以使TLCD减振系统适合宽频激励的工况,气浮光学平台动力响应的有效控制有利于提高实验精度,为超精密实验品质的提升提供了一种有效控制手段。

基于主动吸振控制的神光装置打靶偏差研究

为了解决由振动引起的神光Ⅱ系列装置光束指向精度变差的问题,提出光机耦合主动吸振理论,实现了控制参数的自适应调控和打靶偏差的更小输出。建立神光Ⅱ系列装置全链路光束传输系统模型,搭建空间滤波器光机耦合主动吸振系统,设计自适应模糊PID控制器,分析主动控制参数对输出光角响应峰值的影响并优化控制参数,分析各装置空间滤波器打靶偏差在自适应模糊PID控制主动阻尼动力吸振作用后的控制效果。结果表明,当主动阻尼动力吸振器调谐到最优阻尼时,其打靶偏差较传统方法降低了75.9%,同时被动阻尼动力吸振器也具有降低打靶偏差的功能,其打靶偏差较传统方法降低了31%左右。主动阻尼动力吸振器可根据打靶偏差大小调节速度反馈增益,使控制效率在31.0%~75.9%范围内变化,实现了自适应调节的反馈功能,实验结果与预期一致。

Effect of the geometry of workpiece on polishing velocity in free annular polishing

Base on Coulomb friction model, the workpieces with different geometry rotating in free annular polishing are simulated. From simulation, the following conclusions are drawn. The angular velocity of workpiece is higher than that of polishing pad if the ring rotates uncontrolled in free annular polishing. The circular workpiece can synchronize with polishing pad through controlling the rotation of ring, which depends on the radii of ring and workpiece, the friction coefficients of polishing pad-workpiece and ring-workpiece, and the angular velocity of polishing pad. The workpiece with sharp corner cannot contact with the ring contiguously, which causes the contact state changing and the angular velocity of workpiece fluctuating ceaselessly, and this type of workpiece should be controlled with clamp to rotate synchronistically with the polishing pad.