研磨加工中光学材料亚表面损伤的表征方法VIP免费

第6卷第5期2008年9月纳米技术与精密工程NanotechnologyandPrecisionEngineeringVol.6No.5Sep.2008收稿日期：2008-01-16.基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50535020)；新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET).作者简介：王卓（1979—），男，博士研究生.通讯作者：王卓，wangzhuo0305@yahoo.com.cn.研磨加工中光学材料亚表面损伤的表征方法王卓，吴宇列，戴一帆，李圣怡（国防科学技术大学机电工程与自动化学院，长沙410073）摘要：研磨加工过程中引入的亚表面损伤直接降低了光学零件的强度、长期稳定性、成像质量、镀膜质量和抗激光损伤阈值等重要性能指标，对其进行准确检测和全面表征是提高光学加工质量和加工效率的前提条件之一．为此，利用名义深度、最大深度和损伤密度沿深度分布3个表征参数对亚表面损伤进行全面的表征，并建立了上述参数的理论预测模型；使用磁流变斜面抛光测试技术结合图像处理方法测量了K9玻璃在不同研磨条件下的亚表面损伤，对理论模型进行验证．研究表明：上述3个表征参数能够对研磨亚表面损伤进行全面、定量和准确的描述；建立的理论预测模型实现了亚表面损伤深度的准确预测；研磨亚表面损伤最大深度约为磨粒粒度的1/2，最大深度与名义深度的比值为1.21±0.05；亚表面损伤密度沿深度呈指数递减分布，并在距离表面约为名义深度的1/2时，下降趋势变缓．关键词：亚表面损伤；表征；光学材料；研磨；磁流变抛光中图分类号：TG580.68文献标志码：A文章编号：1672-6030（2008）05-0349-07CharacterizationofSubsurfaceDamageofOpticalMaterialsinLappingProcessWANGZhuo，WUYu-lie，DAIYi-fan，LISheng-yi（CollegeofMechatronicEngineeringandAutomation，NationalUniversityofDefenceTechnology，Changsha410073,China）Abstract：Subsurfacedamage（SSD）producedinlappingprocessinfluencesstrength，secularstability，imagingquality，coatingquality，andlaser-induceddamagethresholdofopticalelements.InordertodescribetheSSDcomprehensively，threecharacterizationparameters，nominaldepth，maximumdepthanddepthdistribution,wereproposed.Then，predictionmodelsofSSDdepthwereestablished，andSSDdepthofK9glasslappedbydifferentsizeabrasivegrainsweremeasuredbymagne-torheologicalfinishing（MRF）wedgetechniquecombinedwithimageprocessingtechnique，inordertoverifythevalidityofthemodels.TheresultsshowthatSSDofopticalmaterialsinlappingprocesscanbecharacterizedcomprehensively，accuratelyandquantitativelybythethreecharacterizationparameters；SSDdepthcanbeaccuratelypredictedbythepredic-tionmodelsaccordingtolappingparameters；maximumdepthofSSDisapproximatelyhalfoftheabrasivegrainsize，theratiobetweenmaximumandnominaldepthofSSDis1.21±0.05；and，depthdistributionofSSDfollowsanexponentialde-scendingtrend，moreover，thedescendingtrendisslowatthedepthofabouthalfofthenominaldepthunderthesurface.Keywords：subsurfacedamage；characterization；opticalmaterials；lapping；magnetorheologicalfinishing研磨加工是衔接磨削和抛光过程的中间工序，研磨加工材料去除效率高，能够快速去除磨削过程中引入的亚表面损伤，同时降低表面粗糙度，以达到减少后续抛光时间的目的[1-2]．但是，研磨过程残留的亚表面损伤将直接降低光学零件的强度、长期稳定性、成像质量、镀膜质量和抗激光损伤阈值等重要性能指标[2-4]．为了避免降低光学零件的最终质量，必须在抛光过程中将研磨时引入的亚表面损伤完全去除，因此，需要准确检测研磨亚表面的损伤深度．到目前为止，已开发了大量亚表面损伤测试技术，包括损伤性和无损测试技术两类，它们基本上能满足亚表面损伤准确检测的要求，但是其表征方法单·350·纳米技术与精密工程第6卷第5期一，均为亚表面损伤最大深度．对应用于高精度光学系统中的光学元件，例如高能激光元件和低散射透射元件等，必须使用最大深度对亚表面损伤进行表征，以提高光学加工质量...