全口径环形抛光的光学元件面形误差影响因素及其控制

全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一,其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素,建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型,揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律;提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法,建立基于小工具的子口径修正方法,实现了抛光盘形状误差的在位定量修正;提出抛光盘表面钝化状态的监测方法,研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明:抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征,采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑;通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差,可显著提升元件的面形精度;随着抛光盘表面的逐渐钝化,元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6(λ=632.8 nm),提升了元件的面形控制效率和精度。

研磨抛光颗粒流剪切膨胀及力链演变的力学机制

将研磨抛光作为后处理可以提高工件的表面质量,如何将研磨抛光工艺价值最大化是本文首要解决的问题。由于颗粒流润滑既适用于极端环境又具有环保作用,因此本文将颗粒流用于研磨抛光。通过离散单元法建立平行板结构模型,将颗粒流作为第三体填充至摩擦副间隙,将工件表面与刀具作为第一体对颗粒流体系施加法向力和剪切力,对研磨抛光过程进行数值模拟。研究结果表明:单个颗粒剪切膨胀过程可以分为上升阶段、最高点阶段和下降阶段,不同阶段的弱力链方向都偏向于x轴,其中上升阶段强弱力链方向稳定,可提高工件的加工效率以及表面质量。当载荷的较大,会使强弱力链的分布律与承载率稳定,当载荷较大及较小时,剪切膨胀率降低,强力链方向更偏向于x轴。通过本研究,可以将不易检测的力链和剪切膨胀现象进行数值模拟,为研磨抛光条件下使用颗粒流提供了理论基础。

利用双磁极平面磁力研磨法对单晶硅表面的抛光实验研究

为实现单晶硅表面平坦化,提出双磁极磁力研磨法(DMAF),并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理,明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响,通过单因素对比实验对加工参数进行优化;利用ANSYS MAXWELL有限元软件,对传统平面磁力研磨法与双磁极磁力研磨法的磁场强度进行模拟仿真,对比两种方法在加工区域形成的磁感应强度,以实现定量分析磁性磨料粒子的研磨压力。基于单因素实验结果,确定了双磁极磁力研磨法对单晶硅片表面加工优化后的研磨参数:磨料组合为#200电解铁粉(Fe_(3)O_(4))+#8000白刚玉(White abrasive,WA),磁极间隙为12 mm,磁极转速为300 r/min,磨料质量比为3∶1。结果表明:在优化的研磨参数条件下,研磨60 min后的单晶硅片的平均表面粗糙度由初始的0.578μm降至8 nm,在研磨区域基本实现了镜面加工效果。仿真结果表明:与传统平面磁力研磨法相比,双磁极磁力研磨法可显著提高加工区域的磁感应强度,该研磨法所产生的磁场强度约为传统磁力研磨法的1.5倍。

基牙抛光方式和时间对CAD/CAM氧化锆全瓷冠适合性的影响

目的:比较不同抛光方式和时间处理上颌前磨牙预备体对CAD/CAM氧化锆全瓷冠适合性的影响。方法:选择离体上颌前磨牙16颗,随机分为A组(金刚砂车针组)和B组(钨钢抛光车针组)。2组分别在同一基牙的不同抛光时间节点获取数字化印模,制作CAD/CAM氧化锆全瓷冠。试戴完成后,采用硅橡胶复制法获取间隙印模,在体视显微镜下测量边缘间隙及内间隙。采用SPSS 21.0软件包对数据进行统计学分析。结果:A组边缘及内部各标志点的间隙值与B组相比无显著差异(P>0.05)。A组抛光4 min的边缘间隙为(39.67±8.35)μm,内部间隙为(45.18±7.16)μm;B组抛光3、4 min的边缘间隙分别为(51.25±14.73)μm和(48.87±8.90)μm,内部间隙分别为(48.56±6.45)μm和(45.99±7.12)μm;与不抛光组相比,均有显著差异(P<0.05)。结论:采用金刚砂车针抛光4 min、钨钢车针抛光3 min制作的CAD/CAM全瓷冠适合性最好。

不同抛光方法对前牙邻面去釉后邻接触点及龈方牙釉质抛光效果的影响

目的:通过离体牙实验,比较不同抛光方法对邻面去釉后的邻接触点及龈外展隙区域的牙釉质表面粗糙度的影响。方法:选择因正畸或牙周病原因拔除的前牙40颗,随机分为三个实验组和一个对照组,每组20个邻面。各组采用不同的抛光器械进行抛光,Ⅰ组:3M Sof-lex抛光盘;Ⅱ组:3M Sof-lex抛光盘,3M Sof-lex抛光条;Ⅲ组:3M Sof-lex抛光盘,而至Epitex抛光条。Ⅳ组:对照组(未去釉组)。用激光共聚焦显微镜测量各组的邻接触区和邻接触区下方的釉质表面粗糙度,并观察其表面形貌。采用SPSS25.0软件包对数据进行Kruskal-Wallis秩和检验。结果:(1)所有实验组邻接触点区域的釉质表面粗糙度都低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。其中Ⅰ组的粗糙度最大,其次为Ⅱ组和Ⅲ组。(2)邻接触点下方区域的表面粗糙度Ⅰ组大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),Ⅱ组和Ⅲ组的表面粗糙度小于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),且Ⅲ组的表面更光滑。结论:邻面去釉后,牙釉质表面的粗糙度增加,规范的抛光可以降低牙釉质表面粗糙度。邻接触点下方的龈外展隙区域单纯采用机用抛光盘进行抛光效果不佳。采用机用抛光盘结合手用抛光条对邻面去釉后的邻接触区和龈外展隙处的牙釉质进行抛光,可以获得理想的抛光效果。抛光条粒度过渡更好的情况下,抛光效果更好。

潮湿颗粒电解质电化学机械抛光铜工件的接触特性研究

潮湿颗粒电解质电化学机械抛光(Moist particle electrolyte electrochemical mechanical polishing,MPEECMP)作为新兴技术,仍存在难以获得高表面质量的问题。为解决该问题,深入研究电解质颗粒与工件的接触特性,采用离散元仿真软件Altair EDEM探究了工件倾斜角、转速对接触数量、接触力的影响规律,并进行MPE-ECMP工艺试验。研究结果表明,倾斜角为30°时,单位时间内电解质颗粒与工件的接触数量最多,且切向力最大,为3.38 mN;在90°时,切向力最小,为1.21 mN。随着工件转速增大,单位时间内电解质颗粒与工件的接触数量变少,电解质颗粒与工件接触的法向力、切向力呈增大趋势。当抛光电位(vs.Hg/Hg_(2)SO_(4))为0.8 V,工件倾斜角为30°,抛光1 h,表面粗糙度从S_(a)433.51 nm降低到S_(a)22.43 nm,降低了94.8%。结果证明了工件倾斜角、转速的调整可有效提高MPE-ECMP的抛光精度,表面粗糙度的降低是由接触数量及接触力共同决定的,EDEM可有效模拟电解质颗粒运动的流态特性,为MPE-ECMP的进一步研究奠定了基础。

CuO修饰CeO2纳米复合磨料的制备及抛光性能

采用乙二醇溶剂热的方法制备了分散性良好、粒径均一的球形氧化铈抛光粉,并通过浸渍法在氧化铈的表面引入氧化铜(CuO),研究了不同含量CuO对氧化铈的物相结构、比表面积、尺寸、表面形貌、氧化还原能力等的影响,结果表明,在负载范围内,CuO对氧化铈的物相结构、形貌及宏观粒度分布并无明显影响,但其比表面积以及氧化还原能力发生明显的改变。抛光测试结果表明,CuO的引入会明显改变铈基抛光粉的抛光能力。当Cu占Cu和Ce原子摩尔总量的5%时,抛光粉的抛光性能最佳,抛光速率高达213.4 nm/min,抛光后硅片表面的粗糙度仅为0.239 nm(Rq)和0.188 nm(Ra)。通过溶剂热的方法合成的氧化铈抛光粉形貌及尺寸良好,制备方法简单、生产成本低,经过CuO修饰后的氧化铈形貌及尺寸并未发生改变,抛光性能得到较大提升。该策略在提高铈基抛光粉的抛光能力方面具有一定的普适性。

清除儿童外源性牙面黑色素两种方法的疗效比较

目的比较采用赤藓糖醇喷砂法和矽粒子旋转抛光法治疗儿童外源性牙面黑色素沉着(extrinsic black tooth stain,EBS)的临床疗效。方法筛选符合纳入标准的3~12岁儿童48名,通过改良Lobene色斑指数记录色素水平,采用自身半口对照,随机将左右侧分为试验组和对照组,试验组用赤藓糖醇喷砂法,对照组用矽粒子旋转抛光法清除牙齿唇颊面EBS,记录操作时间,进行治疗感受评分,评价治疗安全性,采用“色素积分(score)除以操作时间(second)”计算清洁效率(S/s),随访治疗后3个月和6个月色素再附着水平,通过SPSS23.0软件分析试验结果。结果治疗前唇颊面左右两侧色素得分差异无统计学意义,舌腭面色素得分大于唇颊面,牙面不同分区的色素得分有统计学差异。试验组的效率高于对照组[(0.06±0.05)S/s vs(0.04±0.02)S/s,P<0.001]。8例(16.7%)研究对象对喷砂治疗感到紧张,7例(14.6%)研究对象喷砂治疗过程中出现牙龈出血。治疗前、治疗后3个月、6个月试验组和对照组色素水平差异无统计学意义(P>0.05)。结论虽然赤藓糖醇喷砂更容易导致牙龈出血,使儿童紧张,但其清除色素效率更高,值得临床推广。

一类抛物型方程控制系数反演的数值算法

研究了第3类边界条件下抛物型方程控制系数的反演问题。基于附加的非局部条件和有限差分的Crank-Nicolson思想方法来确定系数函数,构造了控制系数的迭代反演算法。后经进一步简化后,得到了控制系数的一个显式的反演格式。为克服计算带来的不适定性,引入磨光正则化算法对带有误差的测量数据进行去噪处理,最后获得了相对稳定的控制系数反演结果。数值实验表明了所提出的数值方法能有效地重建出控制系数。

圆柱样品进行鞋底压缩变形测试的可行性分析

以我国化工行业标准HG/T 2876—2009《橡塑鞋微孔材料压缩变形试验方法》为基础,对发泡材料的压缩变形测试样形体进行了比对和测试。通过比对20 mm×20 mm方块试样和?22.5 mm圆柱试样的压缩变形测试结果并进行分析,发现圆柱试样所得到的测试结果与方块试样基本相同,而制样时可以有效避免试样中部出现严重收缩变形的现象,并将所需打磨的面从6面降低至2面,有效提高制样效率,制样精确度也有所提升,因此建议在压缩变形方法标准中,采用圆柱形状样品代替方块试样进行压缩变形测试。

内墙腻子打磨性测试方法研究

在实际应用中内墙腻子打磨是至关重要的一道工序,但现有标准及测试方法中对于打磨性要求为定性指标,且无具体分级方法,无法有效区分不同类型产品打磨性指标差异。因此尝试通过实验建立一种更为客观的打磨性定量测试评估及分级方法,并在此基础上以一般型和耐水型腻子作为测试样本进行了测试评估。

磁性复合流体抛光氧化锆陶瓷的工艺优化

为提高氧化锆陶瓷工件的表面质量,采用磁性复合流体(由包含纳米级铁磁颗粒的磁流体与包含微米级羰基铁颗粒的磁流变液混合而成)对氧化锆陶瓷进行抛光,以达到降低材料表面粗糙度和减少表面与亚表面损伤的目的。利用田口方法设计3因素3水平正交试验,着重分析磁铁转速、加工间隙和抛光液磨粒粒径对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并采用方差分析法分析各因素对2个评价指标的影响权重。可达到最低表面粗糙度的工艺参数组合为:磁铁转速,300 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,1.25μm。可达到最高材料去除率的工艺参数组合为:磁铁转速,400 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,2.00μm。根据优化的工艺参数进行抛光,表面粗糙度最低可达4.5 nm,材料去除率最高可达0.117μm/min,优化效果显著。利用遗传算法优化BP神经网络建立抛光预测模型,预测误差为3.9484%。

打磨培训与计算机辅助在生产中的应用

针对铝合金车体打磨培训中存在的不规范、不系统等问题,探索并提出一套系统规范的打磨培训与计算机辅助的培训方法。通过对车间技术管理人员进行“四多法”及“四步法”的培训,以及应用计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)、计算机辅助质量(Computer Aided Quality,CAQ)、计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning,CAPP),缩短培训周期,提高工作效率。在计算机技术应用方面,通过优化工艺设计,降低了人力、物力消耗,对提高打磨质量和制造水平具有十分重要的现实意义。

基于色彩纹理特征的车门打磨维修检测

为解决自动化识别车门打磨维修区域检测的问题,设计了一种可用于车门打磨维修质量判断的图像预处理算法。首先,从色彩特征方面对比阈值分割各算法效果,确定区域生长法采取8邻域并设定阈值M为25实现区域划分。然后,从纹理特征方面分析,设计基于局部二值模式(LBP)的圆形LBP216法,并采用双线性插值法进行像素拟合,实现纹理提取。最后,融合上述算法作为图像预处理算法,实现二值图像的输出,并且提高优化算法时效性以及辨识精度,满足后续图像分类要求。

基于阻抗模型的工业机器人磨抛柔顺控制

以型面尺寸精度与表面质量控制为目标的航空发动机叶片磨抛加工是叶片制造过程中的关键技术和难题。基于机器人磨抛执行器系统结构,文中采用基于位置的阻抗控制策略建立了磨抛执行器的柔顺控制系统,采用李雅普诺夫法分析机器人磨抛执行器的系统稳定性,实现了叶片磨抛加工过程中磨抛力的柔顺控制。实验结果表明,该方法能有效提高叶片表面磨抛加工质量。

气囊抛光技术及其研究现状

气囊抛光能够获得稳定的材料去除特性和高质量的抛光表面。回顾了气囊抛光的工作原理、特点和发展现状,对气囊抛光的关键技术进行了比较分析,包括抛光工具,进动抛光,脉动抛光,磁流体抛光,驻留时间,边缘控制和过程控制,抛光轨迹规划,磨粒场及气囊抛光应用等。研究结果表明,气囊抛光是一种值得关注的自由曲面高效精密抛光方法。

大气等离子体抛光技术在超光滑硅表面加工中的应用

发展了大气等离子体抛光方法,并用于超光滑表面加工。该技术基于低温等离子体化学反应来实现原子级的材料去除,避免了表层和亚表层损伤。运用原子发射光谱法证明了活性反应原子的有效激发,进而揭示了特定激发态原子对应的电子跃迁轨道。在针对单晶硅片的加工实验中,应用有限元分析法在理论上对加工过程中的空间气体流场分布和样品表面温度分布进行了定性分析。后续的温度检测实验证实了样品表面温度梯度的形成,并表明样品表面最高温度仅为90℃。材料去除轮廓检测结果符合空间流场的理论分布模型,加工速率约为32 mm3/min。利用原子力显微镜对表面粗糙度进行测量,证实了加工后样品表面在一定范围内表面粗糙度Ra=0.6 nm。最后,利用X射线光电子谱法研究了该方法对加工后表面材料化学成分的影响。实验和检测结果均表明,该抛光方法可以进行常压条件下的超光滑表面无损抛光加工,实现了高质量光学表面的无损抛光加工。

纳米SiO_2浆料中半导体硅片的化学机械抛光速率及抛光机理

采用电化学方法,研究了SiO2浆料pH值、H2O2浓度、固体含量以及抛光转速、压力和时间等不同抛光工艺参数对n型半导体单晶硅片(100)和(111)晶面化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)去除速率的影响和作用机理。结果表明:抛光速率随SiO2固体含量、抛光转速及压力的增加而增大,随抛光时间的增加而减小;在pH值为10.5和H2O2为1%(体积分数)时,抛光速率出现最大值;相同抛光工艺条件下(100)晶面的抛光速率远大于(111)晶面。半导体硅片CMP过程是按照成膜(化学腐蚀作用)→去膜(机械磨削作用)→再成膜→再去膜的方式进行,直到最终全局平坦化。实验所获得适合n型半导体硅片CMP的优化工艺参数为:5%～10%SiO2(质量分数),pH=10.5,1%H2O2,压力为40kPa及(110)晶面和(111)晶面的抛光转速分别为100r/min和200r/min;在该条件下10%SiO2浆料中抛光30min得到的抛光硅片的表面粗糙度为0.7nm左右。

游离磨料和固结磨料研磨后亚表面裂纹层深度研究

不同研磨方式加工K9玻璃产生不同的亚表面裂纹层深度,亚表面裂纹层深度的测量对确定材料下一步的加工去除量和提高加工效率具有重要意义。利用磁流变抛光斑点法测量游离磨料和固结磨料两种方式研磨后的亚表面裂纹层深度,每种研磨方式选用粒径分别为W40和W14的两种磨料。结果表明:磨粒粒径为W40和W14的游离磨料研磨后K9玻璃的亚表面裂纹层深度分别为20.1μm和3.646μm,而对应固结磨料研磨后的深度分别为3.37μm和0.837μm。固结磨料研磨在加工过程中能有效减小K9玻璃的亚表面裂纹层深度,提高加工效率和工件表面质量,改善器件的性能。

Wolter-Ⅰ型掠入射反射镜的加工

针对Wolter-Ⅰ型掠入射反射镜柱面内表面的特殊结构,研究了弹性球状小磨头以旋偏方式运动逐环带修正面形时的去除函数模型。分析了相关工艺参数,如磨头-工件旋转角速度比、旋偏角大小、磨头中心压强以及磨头和工件的趋近距离对去除函数的影响,通过实验获得了驻留时间和去除函数中心去除深度的关系。采取两步加工法控制研抛后的表面质量,分析表明:当磨头-工件角速度比为1.41时,反射镜的表面质量最好。介绍了计算机控制光学表面成形(CCOS)法加工Wolter-Ⅰ型掠入射反射镜的过程。选择微晶玻璃为反射镜的镜胚,在自行研制的研抛设备上,以不同粒径的氧化铈作为抛光液,对金刚砂砂轮粗磨后的工件进行抛光。通过改变磨头相对工件的压入深度,获得不同大小的磨头去除区域,实现了对上一个抛光周期后的残留误差的有效去除。最终获得的反射镜面形精度为PV:1.39μm,RMS:0.34μm,圆度均方根误差优于0.1μm。实验结果表明:提出的两步法旋偏加工方案可用于掠入射反射镜的加工。