[发明专利]一种KDP晶体表面微纳纹理的无损伤数控水溶解抛光去除方法

摘要

一种KDP晶体表面微纳纹理的无损伤数控水溶解抛光去除方法，属于超精密抛光方法。该方法选用含水抛光液，使用小尺寸抛光头加工KDP晶体，抛光头行星运动公转中心在计算机控制下沿预设轨迹抛光KDP晶体，调整晶体表面各点的驻留时间，提高晶体面形精度；之后抛光头沿抛光轨迹匀速加工晶体表面，去除局部残余的小尺度刀纹，进一步提升表面质量。该方法利用KDP晶体可溶于水的物理性质对材料进行去除加工，不会产生传统机械去除过程中的亚表面损伤，同时也可以应用于类似KDP晶体的可溶于水的难加工材料，解决了目前大尺寸、高精度KDP晶体元件加工中，单点金刚石飞刀切削后晶体表面残余小尺度波纹的去除难题。

主权项

一种KDP晶体表面微纳纹理的无损伤数控水溶解抛光去除方法，其特征在于：该方法采用以下步骤：步骤一：利用KDP晶体溶于水这一特性，选用含水油基微乳液作为抛光液，抛光液中水含量依据材料粗精抛光质量和去除速率要求不同，控制在3‑30%范围内；步骤二：使用面积小于被加工KDP晶体的小尺寸圆形抛光工具，抛光头（1）下部粘有低硬度的聚氨酯抛光垫；步骤三：抛光头（1）相对被抛光KDP晶体（5）做行星运动，自转的同时以一定偏心距公转；抛光液通过在抛光头（1）中心开加注孔直接注入抛光区域或者在抛光头（1）外侧浇注加入抛光区域；抛光头（1）接触晶体表面，进行加工，抛光压力10‑100kPa；步骤四：使用干涉仪检测待抛光KDP晶体，得到抛光前的初始面形分布M(x, y)，作为目标去除矩阵；步骤五：通过下列步骤实验确定去除函数：抛光头行星运动的公转中心（2）固定不动，即抛光头（1）绕某一固定点做行星运动，在一块实验样件表面抛光10‑30分钟后，使用干涉仪测量得到抛后去除区域形貌，再减去提前测得的实验晶体初始形貌，得到抛光区域的去除量分布，记为矩阵RA(x, y)，再除以加工时间，即得到在单位时间内一个公转区域内的去除量分布，记为去除函数RAR(x,y)，在之后的运算中作为一个抛光单元；抛光头（1）面积与被抛光KDP晶体（5）面积比为1:5‑10；步骤六：在被抛光KDP晶体（5）表面预设抛光轨迹（6），采用的抛光轨迹为栅格形轨迹、倾斜45度角的栅格轨迹、螺线形轨迹或Hilbert曲线轨迹中的一种；根据选用的抛光轨迹，在被抛光KDP晶体（5）表面上划分驻留点网格，抛光轨迹（6）经过各驻留点；抛光头行星运动公转中心（2）在各驻留点的驻留时间为D(x, y)，依据方程M(x, y)=RAR(x, y)▪D(x, y)，求得抛光轨迹上各点驻留时间分布D(x, y)，并根据运算结果生成数控加工程序，控制抛光头行星运动公转中心（2）在被抛光KDP晶体（5）表面沿预设抛光轨迹（6）运动的同时，抛光头行星运动公转中心（2）在轨迹上各点的驻留时间满足D(x, y)，直至覆盖整个待加工表面；步骤七：由于步骤六中抛光头行星运动公转中心（2）在被抛光KDP晶体（5）表面各处驻留时间不同，因此会有局部低凹区域的小尺度刀纹未能完全去除；在步骤六之后，更换大尺寸抛光头（1），更换后的抛光头（1）面积与被抛光KDP晶体（5）面积比为1:2‑5；抛光头行星运动公转中心（2）沿抛光轨迹（6）匀速运动，覆盖整个样件表面，同时为了防止出现样件边缘处去除量少于中间区域的情况，取四块与被抛光KDP晶体（5）等高的KDP晶体作为保护块（7），放置在被抛光晶体四周；抛光头行星运动公转中心（2）沿抛光轨迹匀速运动一至五遍后，被抛光KDP晶体局部残余的小尺度刀纹完全去除。