校企合作毕业设计

五轴等离子抛光刻蚀平台设计和工艺开发

“优秀设计”三等奖

资助企业: 霖鼎光学(上海)有限公司

企业导师: 李敬雨

指导教师: 张鑫泉

项目成员: 梁锐彬,孟义轩

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项目简介

项目概述

自由曲面光学在聚焦、照明、成像等领域有着广泛的应用,熔融石英玻璃由于其本身的物理化学性质优势而成为制造自由光学曲面的理想原料。大气等离子加工技术由于其非接触式的材料去除过程、对表面无损伤以及加工效率等优势成为了加工石英玻璃等硬脆材料的全新选择,五轴联动平台因其在高效加工复杂曲面类零件方面具有显著优势而在工业界广泛应用。因此,将二者相结合并探索出一套完整的五轴联动大气等离子加工工艺有望为在硬脆难加工光学自由曲面上加工复杂微结构来全新的解决方案。

基于对石英自由曲面上加工光学微结构的客户需求开发了一套五轴等离子抛光刻蚀平台,主要包括了五轴运动平台和电容式大气等离子点喷射装置,并使用此平台进行了等离子喷嘴的各项标定实验以及凹透镜和正弦曲面的加工实验,结果能达到预期目标的要求。


项目目标

1、系统了解大气等离子加工的工艺特点,掌握其对于电容式点喷射装置设计的要求及对于五轴平台设计的要求。

2、针对大面积快速修行及小面积精细修型的需求,设计并制造两款电容式等离子喷嘴并通过实验进行去除函数标定。

3、设计并搭建一套能够满足等离子加工需求的五轴平台,并基于等离子加工的要求完成该五轴平台的路径规划。

4、面向石英光学自由曲面的加工需求,探索出一套五轴大气等离子加工工艺并完成目标产品的加工。


项目成果

1、完成了能满足大面积快速修行的大气等离子环状电极喷嘴及能满足小面积精细修型的大气等离子针状电极喷嘴,并进行了去除函数的标定。

2、完成了能够满足等离子加工需求的双转台式五轴平台的设计与搭建,各轴的定位精度均小于1um且运动过程中速度精确平稳,在该平台上进行加工时两款等离子喷嘴均能正常工作。

3、完成了基于等离子加工的五轴平台的路径规划方法,并采用基于Bayesian的迭代算法反卷积求解出加工路径上各点的驻留时间。

4、完成了一套面向石英光学曲面的五轴等离子加工工艺,并通过凹透镜加工实验和正弦曲面加工实验验证了喷嘴、平台及加工工艺的有效性及五轴等离子加工在石英光学自由曲面上加工微结构的可行性,达到了项目的预期目标。


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