Polerowanie konwergentne: prosty, szybki proces polerowania na pełnej aperturze wysokiej jakości płaskich i sfer optycznych

Ogólnym celem polerowania konwergentnego jest wypolerowanie szklanego przedmiotu obrabianego od szlifowanej powierzchni do ostatecznego wypolerowanego kształtu z doskonałą jakością powierzchni, niezależnie od jego początkowego kształtu powierzchni w zaledwie jednej iteracji. Osiąga się to dzięki wdrożeniu polerki wykorzystującej technologie zmniejszające złożoność związaną z tradycyjnym polerowaniem. Ważnym krokiem w polerowaniu konwergentnym jest przygotowanie dla polerki ciężaru przegrody właściwej dla przedmiotu obrabianego, który kompensuje zużycie padów i pozwala na bardziej równomierne rozprowadzenie temperatury i zawiesiny.

Następnie polerowanie odbywa się pod ustalonym zestawem parametrów w celu osiągnięcia zbieżności do ostatecznej pożądanej figury powierzchni poprzez naturalny proces renormalizacji ciśnienia, wyniki pokazują, że 265 milimetrów kwadratowych szlifowanych szklanych elementów wielokrotnie osiąga 330 nanometrową powierzchnię od szczytu do doliny w jednej czterogodzinnej iteracji polerowania. Główną zaletą polerowania konwersyjnego w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak konwencjonalne polerowanie z pełnym otworem, jest to, że obrabiany przedmiot osiąga doskonałą figurę powierzchni i jakość przy ustalonym zestawie parametrów polerowania w jednej iteracji, co prowadzi do szybszego, tańszego procesu wykańczania. W przeciwieństwie do tego, konwencjonalne metody polerowania z pełną aperturą wymagają wielu iteracyjnych cykli polerowania, metrologii i zmian procesu przez wykwalifikowanego optyka.

Polerowanie konwergentne jest możliwe tylko dzięki zmniejszeniu nieodłącznej złożoności konwencjonalnego polerowania, jak pokazano na ilustracji we wszystkich ramkach od tego do tego, obejmującej zastosowanie technologii, które usuwają przestrzenną i jednorodność usuwania materiału z różnych mechanizmów. Ponadto zapobiega się przedostawaniu się nieuczciwych cząstek do systemu polerowania, a wszelkie powstałe podczas procesu polerowania są aktywnie usuwane. Prowadzi to do niewielkiego zarysowania lub jego braku i niskiej chropowatości powierzchni.

Protokół ten polega na użyciu zbieżnej polerki nożycowej w celu uzyskania płaskiej, wypolerowanej powierzchni z pomiarem od szczytu do doliny wynoszącym 330 nanometrów i niską gęstością zarysowania. Polerka posiada granitową podstawę zakładkową, która pokryta jest poliuretanową podkładką polerską o grubości 50 mil. Podstawową cechą polerki jest ciężar przegrody właściwej dla danego zadania, który ma różny kształt i wagę w zależności zarówno od obrabianego przedmiotu, jak i rozmiarów zakładek.

Przedmiotem obrabianym do tej demonstracji jest płaskie stopione szkło krzemionkowe o wymiarach 265 na 265 na osiem milimetrów sześciennych. Pad polerski powinien być kondycjonowany przed pierwszym użyciem i po około 100 godzinach polerowania. Aby to zrobić, użyj 50-milimetrowego okrągłego diamentu, ściernego chemicznego polerowania mechanicznego lub kondycjonera CMP przyklejonego taśmą do ciężarka.

Obciążnik zapewnia nacisk 0,6 funta na cal kwadratowy i pasuje do mocowania pierścieniowego polerki. Rozpocznij przepływ wody dejonizowanej i obróć okrążenie z prędkością 25 obr./min. Po każdych pięciu minutach kondycjonowania w jednym miejscu należy przesunąć kondycjoner promieniowo o 25 milimetrów.

Po kondycjonowaniu i wyjęciu aparatu kondycjonującego, podkładka jest gotowa do czyszczenia myjką ultradźwiękową. Spraw, aby kolano obracało się z prędkością pięciu obr./min z płynącą wodą dejonizowaną. Zastosuj myjkę ultradźwiękową na dwie minuty w każdym promieniowym miejscu, aby usunąć resztki gnojowicy i produktów szklanych.

Po wyczyszczeniu podkładki zwróć uwagę na niestandardową wagę przegrody. W przypadku obrabianego elementu ciężar przegrody i pasujący kawałek materiału przegrody zostaną przymocowane do siebie. Aby to zrobić, przyklej dwustronną taśmę piankową do powierzchni obciążnika, przytnij zwisającą taśmę piankową, aby dopasować ją do kształtu materiału i wagi.

Gdy powierzchnia jest pokryta, wyrównaj ciężar i materiał przegrody i przymocuj je. Następnie przygotuj zawiesinę polerską z dwutlenku sirium i wody dejonizowanej do stężenia czterech w 11-litrowym wiadrze. Aby dostosować pH do 9,5, dodaj około pięciu kropli 10-molowego wodorotlenku potasu.

Dodaj również około 120 mililitrów środka powierzchniowo czynnego. Sprawdź stężenie bome za pomocą pływaka bome z żądaną gnojowicą zainstalowaną w systemie filtracji, sprawdź, czy system filtracji ma żądane filtry cząstek CMP. Następnie rozpocznij cyrkulację gnojowicy w systemie i pozwól jej kontynuować przez kilka godzin, gdy gnojowica zacznie krążyć Przez chwilę pobierz próbkę ze zbiornika gnojowicy do analizy.

Wykonaj pomiar rozkładu wielkości cząstek, na przykład za pomocą tego optycznego przyrządu do wykrywania pojedynczych cząstek, rozkład powinien pokazać, że koniec rozkładu jest wolny od większych cząstek. W tym przypadku zielone punkty danych są reprezentatywne dla gnojowicy używanej w tym protokole. Przygotowanie obrabianego elementu rozpoczyna się od wytrawienia przy użyciu ilości buforowanego tlenku, wytrawienia wystarczającej do pokrycia elementu, zanurzenia elementu roboczego w wytrawieniu i trzymania go tam przez sześć godzin, aby usunąć 10 mikrometrów z powierzchni.

Po wyjęciu obrabianego przedmiotu ze zbiornika krawędziowego należy go energicznie spłukać wodą dejonizowaną. Pozostaw kawałek do wyschnięcia na powietrzu w pionie, jeśli kawałek przejdzie. Inspekcja, przystąp do przygotowania się do blokowania, podgrzewając piekarnik do 70 stopni Celsjusza.

Tymczasem w pistolecie do klejenia podgrzewaj skok blokujący do 95 stopni Celsjusza na aplikację na płytę blokującą z polerki. Gdy będziesz gotowy, postępuj zgodnie z wcześniej zaplanowanym wzorem, aby umieścić kropelki blokującej smoły na jego powierzchni. W tej demonstracji kropelki powinny tworzyć tablicę dziewięć na dziewięć w odstępach 26 milimetrów.

Po utworzeniu kropelek i skierowaniu ich do góry umieść płytkę blokującą w piekarniku o temperaturze 70 stopni Celsjusza. Teraz pracuj z obrabianym przedmiotem, aby nałożyć taśmę na powierzchnię, która nie ma być polerowana podczas nakładania taśmy, unikaj generowania pęcherzyków powietrza lub rozciągania taśmy. Po zakończeniu oklejania taśmą obrabiany przedmiot jest gotowy do przymocowania do płyty blokującej, która została wyjęta z pieca.

Umieść go taśmą do dołu na kropelkach na płytce blokującej. Wstaw zestaw do piekarnika na 1,5 godziny w temperaturze 70 stopni Celsjusza. Następnie ostudź go w temperaturze 10 stopni Celsjusza na godzinę do temperatury pokojowej.

Następnie przykryj zespół, aby zminimalizować przepływ konwekcyjny. W polerce włącz system wilgotności w komorze środowiskowej, aby zapobiec wysychaniu gnojowicy. Następnie zainstaluj i zamontuj przygotowany ciężarek przegrody w polerce.

Gdy zablokowany przedmiot osiągnie temperaturę pokojową, zainstaluj go w polerce i opuść wysięgnik, aby utrzymać go na miejscu. Uruchom przepływ gnojowicy z systemu filtracji z szybkością jednego galona na minutę. Wypoleruj obrabiany przedmiot z prędkością obrotową 25 obr./min i skokiem promieniowym 75 milimetrów.

Kontynuuj to przez cztery godziny. Po upływie czterech godzin przygotuj kąpiel z dejonizowaną wodą wystarczającą do zanurzenia zespołu obrabianego przedmiotu ruchem na kolanie i spływu gnojowicy. Wyjmij zespół obrabianego przedmiotu z polerki.

Zabierz go do wody dejonizowanej i zanurz go, gdy jest zanurzony. Wytrzyj powierzchnię obrabianego przedmiotu szmatką do pomieszczeń czystych. Wyjmij zablokowany zespół z kąpieli i spryskaj płucz wodą dejonizowaną.

Następnym krokiem jest odblokowanie obrabianego przedmiotu. Uważaj na polerowaną powierzchnię i użyj podkładki regulacyjnej do odblokowania, wkładając ją do interfejsu bloku obrabianego przedmiotu, aby oddzielić dwa elementy. Po oddzieleniu usuń taśmę z powierzchni obrabianego przedmiotu i energicznie spłucz obrabiany przedmiot wodą dejonizowaną.

Zanim przejdziesz dalej, pozwól obrabianemu przedmiotowi wyschnąć na powietrzu w pionie. W międzyczasie przygotuj się do powtórzenia kroków blokowania i polerowania, aby poradzić sobie z drugą stroną obrabianego przedmiotu. Gdy obie strony zostaną wypolerowane, zamontuj obrabiany przedmiot na interferometrze w celu scharakteryzowania.

Zmierz odbite i przewodzone czoło fali po obu stronach obrabianego przedmiotu. Po interferometrze zamontuj obrabiany przedmiot na stacji kontroli przy jasnym świetle. Zmierz właściwości kopania po zadrapaniach przy użyciu standardowych metod produkcji optycznej.

Po scharakteryzowaniu gotowy element należy przechowywać w pojemniku, który minimalizuje kontakt z polerowanymi powierzchniami. Oto ostateczny wynik protokołu polerowania konwergentnego dla kwadratowego elementu obrabianego. Lepsze wyobrażenie o tym, co się wydarzyło, dają te typowe początkowe i końcowe figury powierzchniowe.

W przypadku płaskich powierzchni ze stopionej krzemionki o powierzchni 265 milimetrów kwadratowych PVQ jest wysokością powierzchni od szczytu do doliny. Po zdyskontowaniu 1% wysokich i niskich punktów danych, powtarzalność procesu zbiega elementy obrabiane do tej samej końcowej wielkości powierzchni bez konieczności zmiany parametrów polerowania i jest niezależna od początkowej wielkości powierzchni. Poniżej znajdują się dodatkowe figury powierzchni przed i po wygenerowane zarówno z okrągłych, jak i kwadratowych elementów.

Protokół polerowania konwergentnego może być stosowany z elementami o różnych składach szkła, kształtach, rozmiarach i ostatecznych figurach powierzchni. Należy pamiętać, że ta stosunkowo prosta procedura jest możliwa tylko dzięki licznym technologiom pozwalającym na konwergencję i pozwalającym na uzyskanie wysokiej jakości powierzchni. Należą do nich przegroda o nowatorskim kształcie, trawienie kwasem objętościowym, blokowanie przycisku smoły, skok promieniowy, hermetycznie zamknięty system filtracji w komorze polerskiej o wysokiej wilgotności, nowatorska zawiesina chemiczna, stabilizacja i obróbka padów ultradźwiękowych in-situ.

Po opanowaniu, polerowanie konwergentne może wykończyć powierzchnię optyczną w ciągu czterech godzin. To cały obrabiany element i jedna ośmiogodzinna zmiana. Możemy wykończyć mieszkania, kule symetryczne oraz kule o różnych kształtach i rozmiarach oraz różnych kompozycjach szkła.