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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百六十二期)

2021年1月29日

上海光機所在磁流變超精密加工理論及工藝研究中取得重要突破

　　上海光机所精密光學制造與檢測中心在磁流变超精密加工理论及工艺研究中取得重要突破。研究发现磁流变超精密加工中存在特定的仅有数十微米带宽的“魔法”角度步距状态，在这种状态下可以稳定地获得无波纹表面，而不影响其他空间频率误差的收敛。与传统的磁流变正交加工方式相比，在“魔法”角度步距状态下产生的中频误差可以减小几个数量级从而淹没在噪声中。“魔法”角度步距是一种全新的消除中频误差的方法，简单且高效，将磁流变推向了一个更高的加工极限。相关成果发表于工程制造领域重要期刊International Journal of Machine Tools and Manufacture中。

　　在現有的各種子孔徑抛光手段中，磁流變抛光是爲數不多的能同時保證去除精度、表面質量和加工效率的工藝之一，具有對平面、球面和非球面等各類光學元件進行高效超精密加工的能力。相對于確定性差的小磨頭抛光技術和效率低且材料受限的離子束抛光技術，解決磁流變加工技術的中頻誤差問題可以把超精密光學元件尤其是非球面光學元的加工變得容易，促進高功率激光、納米光刻等高端光學系統的發展。

　　自磁流變抛光技術發明以來，90°正交加工方法得到廣泛應用，其正確性從未受到質疑；而“魔法”角度步距狀態的發現顛覆了現有加工理論，同時研究通過詳細的數學建模分析建立了“魔法”角度步距狀態精確獲取方法。理論證明，中頻誤差只與去除函數頻譜某一方向的離散值有關。當路徑頻譜中的峰值位置都精確地落在去除函數頻譜的超低谷點位置時，中頻誤差即可得到很大的抑制。更重要的是，“魔法”角度步距現象理論上並不局限于磁流變抛光刀具，大多數抛光刀具都具有“魔法”角度步距狀態，這使得現有的加工工藝可以通過這一發現得到廣泛的革新。

　　相关工作得到了国家自然基金、中国科学院青年創新促進會、上海市扬帆计划的支持。

　　原文鏈接

图1 磁流变传统正交加工模式及“魔法”角度步距加工模式示意图

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