Convergente Polimento: Um simples, rápido, de abertura total Polimento Processo de alta qualidade ótica Flats & Spheres

As principais etapas de um processo típico de fabrico óptico incluem modelagem, moagem, polimento de abertura total, e às vezes pequena ferramenta de polimento ^1-3. Com o aumento da demanda por componentes ópticos de alta qualidade para sistemas de imagem e laser, tem havido avanços significativos na fabricação óptica ao longo das últimas décadas. Por exemplo, a precisão, a remoção de material determinista é agora possível, durante a concepção e processos de moagem com os avanços na Numérico Computadorizado (CNC máquinas de moldagem) de vidro Controlados. Da mesma forma, as tecnologias de polimento pequena ferramenta (por exemplo, controlado por computador superfície óptica (CCOS), figurando ion, e acabamento magneto-reológico (MRF)) levaram a remoção de material determinista e figura superfície de controle, assim, impactando fortemente a indústria de fabrico óptico. No entanto, a etapa intermediária do processo de acabamento, polimento de abertura total, ainda carece de alta determinismo, geralmente exigindo opticia qualificadosns para realizar múltiplas, muitas vezes, os ciclos iterativos longos com várias mudanças de processos para alcançar a figura superfície desejada ^1-3.

O grande número de métodos de polimento, variáveis ​​de processo e do complexo químico e interações mecânicas entre a peça, colo e lama ^3-4 fez-se um desafio para transformar polimento óptico de uma "arte" para a ciência. Para alcançar determinista polimento abertura total, a taxa de remoção de material deve ser bem compreendido. Historicamente, a taxa de remoção de material que tem sido descrito pela equação Preston amplamente utilizado ⁵

(1)

onde dh / dt é a taxa média de remoção de espessura, k é a constante _p Preston, σ é _oa pressão aplicada, e V _r é a velocidade relativa média entre a peça eo colo. A Figura 1 apresenta esquematicamente os conceitos físicos que influenciam a taxa de remoção de material, como descrito a Equação de Preston, incluindo as variações espaciais e temporais na velocidade e pressão, diferenças entre o pressão aplicada e a distribuição da pressão que as experiências da peça, e os efeitos de fricção ^6-8. Em particular, a distribuição da pressão real experimentada por a peça de trabalho é regulada por um certo número de fenómenos (descritas em detalhe noutro local ^6-8) que afecta fortemente resultante figura superfície da peça de trabalho. Além disso, na Equação Preston, os efeitos ao nível molecular são microscópicas e dobrada em grande parte a constante macroscópica Preston (k _p), o que influencia a taxa de remoção de material global, micro-rugosidade, e mesmo riscar sobre a peça de trabalho. Vários estudos têm expandido o modelo de Preston para dar conta para o chorume microscópica interações partícula-pad-de peças para explicar taxa de remoção de material e microrugosidades ^9-16.

Para conseguir o controle determinista da figura de superfície durante polimento abertura total, cada um dos fenômenos descritos acima precisa ser entendido, quantificados e então controlada. A estratégia por trás Convergente Polishing é eliminar ou minimizar as causas indesejáveis ​​de remoção de material não-uniforme, seja através de projeto polidor de engenharia ou por controle de processo, de modo que a remoção é impulsionado apenas pelo descompasso peça voltas devido a forma da peça ^{7,17- 18.} A Figura 2 ilustra como a forma da peça de trabalho pode conduzir a uma convergência com base no conceito da peça incompatibilidade voltas. Considere um lap plana e uma peça de trabalho hipotético de forma complexa mostrado no canto superior esquerdo. O desfasamento da altura de interface (referida como o intervalo, ÔH _oL) influencia a distribuição da pressão de interface (σ) como:

em que H é uma constante que descreve a taxa à qual a pressão diminui com um aumento no intervalo ÔH _oL ^6. Neste exemplo, a peça de trabalho tem a mais alta pressão local no centro (ver parte inferior esquerda da Figura 2), e, portanto, esta localização irá observar a maior taxa de remoção de material inicial durante o polimento. Como o material é removido, o diferencial de pressão através da peça de trabalho irá diminuir devido a uma diminuição na incompatibilidade da peça voltas, e a peça de trabalho irá convergir para a forma do colo. Na convergência, a distribuição da pressão da peça, e, consequentemente, a remoção de material, será uniforme em toda a peça de trabalho (ver lado direito da Figura 2). Este exemplo é ilustrado por uma volta plana, however, o mesmo conceito se aplica para uma volta esférica (ou côncava ou convexa). Mais uma vez, esse processo de convergência só funciona se todos os outros fenómenos afectam espacial material não-uniformidade ter sido eliminado. As atenuações processuais e de engenharia específicas implementadas no protocolo Polishing Convergente são descritos na discussão.

O protocolo descrito no estudo seguinte é o processo convergente Polimento especificamente para um quadrado de vidro de sílica fundida peça 26,5 centímetros a partir de uma superfície de chão finos. Em 8 horas de polimento (4 horas / superfície), esta peça pode atingir um nivelamento polido de ~ λ / 2 com altíssima qualidade de superfície (ie, baixa densidade zero).