非一致曲率光学自由曲面复合场致流变活跃磨粒研抛技术研究

研究电场和磁场协同效应（Synergistic-effect）下的计算机控制电磁流变研抛硬脆材料非一致曲率光学自由曲面的关键技术以期突破限制流体辅助加工效率和可控性的技术瓶颈。借助磁流变（Magnetorheological）和电流变（Electrorheological）研究积累，辅以超声波振动手段以主动影响粒子活跃性和模态，研究复合场作用下的流变效应叠加特性；基于电磁场理论并结合点对点加工理念开发复合场控制的探针式加工工具，并藉由电磁流体力学和弹性流体力学理论对工具端柔性微磨头的形成过程和控制机制进行研究，调控粒子在流变约束力、离心力、剪切力及振幅、频率综合作用下的行为模式和重组特征；建立工艺条件与加工效率、表面精度的关联模型，保证实现硬脆材料塑性域柔性去除，避免产生与工艺相关联的表面微观缺陷，深入研究适用于自由曲面型面加工的轨迹规划和边缘效应问题，提供相对完整的加工理论和工艺方法。

电磁流变液体具有高响应速率且可逆的场致流变效应，发生流变的液体表现出的粘弹性特点使之在电磁场附近团聚成柔性垫，添加一定比例的抛光磨粒后可以实施光学元件表面的精密抛光。研究了具有光学抛光特性的电磁流变液体的配方，获得了性能稳定的技术参数；以非一致曲率光学曲面元件作为研究对象，施加以电场和磁场复合作用来主动影响粒子活跃性和模态，研究了复合场作用下的流变效应叠加特性；基于电磁场理论并结合点对点加工理念开发了复合场控制的探针式加工工具，并藉由电磁流体力学和弹性流体力学理论对工具端柔性微磨头的形成过程和控制机制进行研究，从微观角度着眼，对液体中各粒子之间的作用场进行了数学建模，并进行了仿真，调控粒子在流变约束力、离心力、剪切力及振幅、频率综合作用下的行为模式和重组特征；建立了工艺条件与加工效率、表面精度的关联模型，保证实现硬脆材料塑性域柔性去除，避免产生与工艺相关联的表面微观缺陷；深入研究适用于自由曲面型面加工的轨迹规划和边缘效应问题，提供了相对完整的加工理论和工艺方法。针对一块双曲率光学非球曲面元件，经上述方法加工后，有效口径范围内（内圆直径50mm，外环直径范围50mm-100mm）表面粗糙度小于0.5nm，面形精度分别为（PV=2.156λ，RMS=0.33586λ；PV=3.54λ，RMS=0.56λ）。作为会议学术委员会共主席，先后组织2011年11月在香港和2012年10月在法国巴黎召开的光机电技术国际会议（International Symposium on Optomechatronic Technologies, ISOT2011，ISOT2012），并做学术报告；2010年4月，作为会议委员会成员组织在中国大连召开的先进光学制造检测国际会议（The 5th International Symposium on Advanced Optical Manufacturing and Testing Technologies, AOMTT2010），并做学术报告。2011年，携同香港中文大学的YAM教授召开先进光学制造技术学术研讨会；应邀访问香港城市大学，重点开展纳米精度的光学抛光技术学术交流。围绕本课题研究中的核心内容，发表（录用）学术论文10篇（其中SCI论文6篇、EI论文9篇）、申请国家发明专利9项。培养博士后1名、博士研究生3名、硕士研究生5名。