Проект предусматривает разработку станка для автоматизированной доводки кристаллических пластин по оптической толщине (плоскостности , плоскопараллельности и геометрической толщине) с бесконтактным контролем параметров непосредственно на станке во время доводки, а также для контроля оптической однородности прозрачных материалов.
Плоскопараллельные пластины применяются в научном приборостроении, лазерной технике, электронной промышленности и в разработках нетрадиционных (солнечных) источников энергии. Лазеры, подложки для полупроводниковых схем, интерферометры Фабри-Перо, эталоны толщины и диэлектрической проницаемости, фазовые (четвертьволновые и полуволновые) системы, электрооптические модуляторы и особенно узкополосные интерференционно-поляризационные фильтры (ИПФ) содержат прозрачные в оптическом диапазоне плоскопараллельные пластины из изотропных и неизотропных кристаллических материалов. К пластинам из кристаллов предъявляются очень жесткие требования к соблюдению таких параметров, как толщина, плоскостность, плоскопараллельность при условии оптической однородности кристаллов. Другими словами, при прохождении света через пластину волновая разность хода в разных участках поверхности пластины (размером до 100 мм) должна быть в пределах 0,05 мкм.
Волновая разность хода обычно измеряется во время остановки процесса полирования, после извлечения пластины из зоны обработки, размещения ее на контрольном устройстве и длительного температурного отстоя.
Таким образом, процесс доводки кристаллических пластин состоит из двух операций - оптической обработки и оптического контроля, которые до сих пор велись раздельно, причем контроль ведется во время длительного перерыва обработки, приводящего к изменению оптимальных температурных режимов обработки. При этом пластинки из оптического кальцита обрабатывались вручную, так как на станке не удавалось найти оптимальный режим обработки и достичь высокой плоскостности поверхности из-за неодинакового коэффициента теплового расширения пластинок по различным направлениям, что приводило к астигматичному искривлению поверхности.
В предлагаемом технологическом процессе, с одной стороны, найдены режимы обработки кристаллов, при которых не возникает астигматичное искривление поверхностей кристаллических пластин, и получается высокая чистота оптической обработки. С другой стороны, разработаны интерферометрические устройства для контроля плоскостности, плоскопараллельности и толщины относительно эталона кристаллических пластин, не вынимая их из зоны доводки, непосредственно на оптическом станке во время кратковременной остановки процесса обработки.
Хотя этот проект, на наш взгляд, является инновационным, в процессе обработки и контроля все еще большую роль играет человеческий фактор. Скорость доводки и количество дорогостоящего материала, который может уйти в брак, зависит от квалификации и опыта мастера - оптика.
Сделать этот процесс автоматизированным и изготовить опытный образец станка, который может быть установлен в оптических цехах, в экспериментальном производстве, научно-производственных лабораториях - является задачей настоящего инновационного предложения.
Для этого контрольный интерферометрический прибор, который в нашем процессе непосредственно задействован на доводочном устройстве, будет оснащен ПЗС - камерой для получения цифрового значения интерферограмм поверхности, плоскопараллельности и толщины. Внедрен пакет программ для обработки интерферограмм, с помощью которого определяются количественные параметры пластин; разработан алгоритм и осуществлена обратная связь для управления приводами станка по анализу качества промежуточных параметров пластин.
Технические характеристики получаемых изделий:
Диаметр обрабатываемой детали, мм 20 - 100
Отношение толщины деталей к диаметру от 2/1 до 1/50
Точность доводки:
плоскостность 0,025мкм
плоскопараллельность , угл сек 0,2
толщина, относительно эталона, мкм 0,1
Предлагаемый технологический процесс сокращает время доводки, повышает точность обработки, снижает брак и дает экономию дорогостоящих, редких природных кристаллов.
В настоящее время разработан лабораторный макет контрольного устройства и приспособлений для технологического процесса. При достаточной финансовой поддержке от визуального контроля параметров будет осуществлен переход к объективному цифровому контролю с автоматической регулировкой режимов доводки и создание промышленного образца специализированного станка.
Патент может быть выдан, имеются авторские свидетельства.
Институт солнечно-земной физики СО РАН
664033, г.Иркутск, ул. Лермонтова 126, а/я 4026
тел. (3952) 42-45-55, 42-82-65, факс 51-16-75
е-mail: skoal@iszf.irk.ru, uzel@iszf.irk.ru, www.iszf.irk.ru
Руководитель проекта – зав. лаб.,
д ф.-м.н. Скоморовский Валерий Иосифович