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磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

光学精密工程 2016年第12期24卷 2931-2937页

作者：石峰万稳戴一帆彭小强国防科技大学机电工程与自动化学院湖南超精密加工技术重点实验室湖南长沙410073

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检... 详细信息

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。

关键词：磁流变抛光熔石英光学元件氢氟酸(HF)动态刻蚀激光损伤阈值

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大型光学表面纳米精度制造

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 1-7页

作者：彭小强戴一帆李圣怡国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

纳米精度光学表面在光刻技术、同步辐射、空间观测和惯约聚变等领域有重大需求。随着装备性能需求的不断提升,这些光学系统对光学零件面形精度和表面质量的要求几乎接近于物理极限,对光学制造技术提出了更高挑战,使光学制造成为纳米制... 详细信息

纳米精度光学表面在光刻技术、同步辐射、空间观测和惯约聚变等领域有重大需求。随着装备性能需求的不断提升,这些光学系统对光学零件面形精度和表面质量的要求几乎接近于物理极限,对光学制造技术提出了更高挑战,使光学制造成为纳米制造技术的发展前沿。通过攻克纳米量级材料去除的稳定性、复杂曲面可控补偿和装备运动轴性能设计等关键问题,掌握了以磁流变和离子束抛光技术为代表的可控柔体抛光技术,利用自主研发的抛光制造装备和工艺实现了典型光学零件的纳米精度制造,为国家相关科技项目的顺利实施提供有力的制造技术支撑。

关键词：纳米精度制造光学制造可控柔体抛光磁流变抛光离子束抛光

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快轴伺服系统的设计与性能测试

国防科技大学学报 2014年第4期36卷 152-157页

作者：田富竟李圣怡尹自强李宁国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。... 详细信息

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。对不同截面形状气浮导轨的静、动态特性进行了有限元分析。系统采用PID反馈和速度/加速度前馈控制方法来改善系统的动态性能。FAS系统0.1mm阶跃响应的上升时间为2ms,最大超调量为0.4%,稳态时间为4ms,对铝件进行超精密切削实验,表面粗糙度可达Ra24nm,实验结果表明系统具有较好的动态和切削特性。

关键词：快轴伺服系统气浮导轨音圈电机 PID和前馈控制器

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音圈电机驱动的快刀伺服系统性能测试

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 12-16页

作者：田富竟尹自强李圣怡国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

研发了一种新的音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统,行程达到30mm,最大加速度为920m/s2。通过实验手段获得系统的运动模型,用于控制器的设计。针对一类典型的光学复杂结构曲面-微小透镜阵列进行加工,并对加工结果进行测试与分析。测试结... 详细信息

研发了一种新的音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统,行程达到30mm,最大加速度为920m/s2。通过实验手段获得系统的运动模型,用于控制器的设计。针对一类典型的光学复杂结构曲面-微小透镜阵列进行加工,并对加工结果进行测试与分析。测试结果表明,所研发的快刀伺服系统达到了加工技术要求,为该系统在实际加工中更广泛的应用打下了基础。

关键词：音圈电机快刀伺服系统超精密金刚石车削微小透镜阵列

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CCOS边缘效应的小研抛盘修形修正方法

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 30-33页

作者：杜航李圣怡宋辞国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

计算机控制光学表面技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)是加工离轴非球面的一项重要技术。小磨头抛光的边缘效应严重制约CCOS技术的加工精度和加工效率。在获得影响边缘效应的关键参数后,结合残余误差等高线的路径规划,... 详细信息

计算机控制光学表面技术(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)是加工离轴非球面的一项重要技术。小磨头抛光的边缘效应严重制约CCOS技术的加工精度和加工效率。在获得影响边缘效应的关键参数后,结合残余误差等高线的路径规划,对CCOS产生的边缘效应产生的翘边现象进行修正;通过对一块体育场形离轴非球面的加工,获得了全口径光学测量数据,为后续精加工提供面形基础。

关键词： CCOS边缘效应小工具研抛离轴非球面加工

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超高精度离子束抛光工具设计与性能分析

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 17-20页

作者：鹿迎解旭辉周林彭文强国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

为了解决高精度光学修形问题,进行离子束抛光工具的设计与性能分析研究。通过开展离子束抛光工具设计方法的研究、聚焦离子光学系统结构设计和离子束流特性的分析,进行计算机仿真研究和中和器一体化设计;研制聚焦离子光学系统和中和器,... 详细信息

为了解决高精度光学修形问题,进行离子束抛光工具的设计与性能分析研究。通过开展离子束抛光工具设计方法的研究、聚焦离子光学系统结构设计和离子束流特性的分析,进行计算机仿真研究和中和器一体化设计;研制聚焦离子光学系统和中和器,并采用15mm和10mm的聚焦离子光学系统进行修形加工实验,将口径150mm的熔石英平面镜从初始面形误差RMS15.58nm修正到RMS0.79nm。结果证明了聚焦离子光学系统设计的有效性,一体化离子束抛光工具具有亚纳米精度的修形能力。

关键词：离子束修形聚焦离子光学系统离子束特性

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长方体类光学元件形位误差高精度测量方法

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 21-25页

作者：郭蒙戴一帆彭小强铁贵鹏国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

如何实现长方体元件光学面形位误差的高精度测量以及怎样利用测量数据对这些误差进行修正加工是制造过程中的主要问题。提出一种基于波面干涉的长方体类光学元件形位误差测量方法,借助大口径干涉仪和高精度端齿盘搭建测量系统,实现了长... 详细信息

如何实现长方体元件光学面形位误差的高精度测量以及怎样利用测量数据对这些误差进行修正加工是制造过程中的主要问题。提出一种基于波面干涉的长方体类光学元件形位误差测量方法,借助大口径干涉仪和高精度端齿盘搭建测量系统,实现了长方体类光学元件1μm/400mm精度的平行度和垂直度测量,获得了高精度的形位误差综合分布数据,并利用磁流变、小磨头数控抛光等现代光学加工手段实现了此类光学元件的高精度加工。

关键词：长方体光学元件形位误差平行度误差垂直度误差修形加工

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SiC光学材料的电弧增强等离子体加工方法

国防科技大学学报 2015年第6期37卷 34-38页

作者：史宝鲁戴一帆解旭辉周林国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

Si C光学材料具有高化学稳定性,其在普通的等离子体加工中难以获得较高的加工效率。在等离子体加工实验中,发现提高等离子体的自身射频电压可增强等离子体与Si C材料之间的电弧放电作用,而借助电弧的增强作用可提高Si C材料的加工效率,... 详细信息

Si C光学材料具有高化学稳定性,其在普通的等离子体加工中难以获得较高的加工效率。在等离子体加工实验中,发现提高等离子体的自身射频电压可增强等离子体与Si C材料之间的电弧放电作用,而借助电弧的增强作用可提高Si C材料的加工效率,因此提出电弧增强等离子体加工方法。为研究电弧的形成原理,使用自制的探针分别测量了普通电感耦合等离子体和电弧增强等离子体的电压。分别使用传统方法和电弧增强方法对S-Si C进行直线扫描加工实验,证明了电弧增强等离子体加工方法具有更高的加工效率。

关键词：电感耦合等离子体射频电压电弧等离子体碳化硅

提升熔石英抗激光损伤性能的磁流变与HF刻蚀结合方法

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国防科技大学学报 2015年第6期37卷 8-11页

作者：万稳戴一帆石峰彭小强国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

为提升紫外熔石英元件抗激光损伤性能,针对传统加工方法在加工过程中产生的破碎性缺陷和污染性缺陷,提出使用磁流变抛光结合HF酸刻蚀的组合工艺提升紫外熔石英元件抗激光损伤性能的方法。磁流变抛光特有的剪切去除原理能够有效去除传统... 详细信息

为提升紫外熔石英元件抗激光损伤性能,针对传统加工方法在加工过程中产生的破碎性缺陷和污染性缺陷,提出使用磁流变抛光结合HF酸刻蚀的组合工艺提升紫外熔石英元件抗激光损伤性能的方法。磁流变抛光特有的剪切去除原理能够有效去除传统加工过程产生的破碎性缺陷,同时不产生新的破碎性缺陷。HF酸动态酸刻蚀能够有效减少加工过程中产生的金属元素污染。实验结果表明:经过组合工艺处理的熔石英样品,在7J/cm2·3ω激光通量辐照下损伤密度由0.2mm~^(-2)降至0.008mm^(-2),在8J/cm2·3ω激光通量辐照下损伤密度由1mm^(-2)降至0.1mm^(-2),其元件抗损伤性能提升显著。

关键词：熔石英磁流变抛光 HF酸刻蚀缺陷损伤密度