引言

激光惯性约束聚变是解决人类能源问题的重要课题之一,各国投入了大量的资金进行激光惯性约束聚变的研究.目前,已建成并运行的大型激光惯性约束聚变装置有美国的1[n3和LF3,日本的FLo[pq,法国的rELGQT和中国的神光等.这些大型激光惯性约束聚变装置都是以激光玻璃为增益介质的固体激光器,激光玻璃是这些大能量激光装置的心脏器件.在建的最大的激光惯性约束聚变装置包括"($路激光束,其中有wx*#片大口径光学元件,这些光学元件的光学加工由DyF和oIHz等公司来完成,其光学加工的质量要求和水平均代表了国际上最先进的光学制造水平.我国在建的神光{激光惯性约束聚变装置共*2路,其中大口径的钕玻璃光学加工需求近千片.随着神光系列激光惯性约束聚变装置的发展,其对光学件的加工精度口径和一致性方面要求越来越高.上海中晶企业发展有限公司是国内神光系列固体激光装置大口径光学元件的配套加工单位,主要以精密环行抛光技术生产大口径激光钕玻璃平板元件,加工精度达到970mm对角线尺寸,透射波前误差优于1/7.光学加工过程中的质量管理和质量控制是光学元件质量满足要求和实现预期目标的保障,大口径激光玻

璃的光学加工从原材料检验到运输交付包括若干个过程和环节!对这些过程实施严格的质量控制!稳定加工工艺不仅是光学加工质量满足要求的基础措施!也是整个激光工程项目顺利完成的重要保障.

1 大口径激光玻璃光学加工工艺流程

大口径激光钕玻璃的超精密光学加工是以精密环形抛光为主要核心工艺的一种光学冷加工过程!通过切割研磨和抛光等工序把激光玻璃坯料加工成外形口径面形精度和粗糙度等指标均满足要求的功能器件的过程.大口径激光玻璃的光学加工工艺流程如图1所示.在工艺流程中又可以精分工序!如精密环抛过程可细分为制作胶盘%开槽%上盘%刮盘%下盘%擦拭和检验等工序"流程中任何一个环节和工序都必须严格按照相应的工艺文件或作业指导书进行!任何一个环节的失控和疏忽都会造成加工质量的破坏或不达标

工艺特点

以精密环形抛光工艺为核心技术的超精密光学加工技术是在传统光学冷加工工艺和古典抛光工艺的基础上经过发展和改进而形成的!它在高精度大平面光学加工中得到了广泛的应用"由于激光惯性约束聚变激光装置需求的驱动!近几年精密环抛技术有了突飞猛进的发展!图1是上海中晶企业发展有限公司自行研制的环型抛光机和该公司加工的矩形激光玻璃片。由于加工精度要求非常高及加工口径和材料的特殊性!相对于其他领域的光学加工技术!大口径激光玻璃的光学加工工艺有如下的特点：加工口径大!加工精度要求非常高、对角线口径!透射波前误差优于CD9!表面粗糙度小于#E:@!加工难度大F8@材料化学稳定性差!易腐蚀。加工质量的一致性要求高!表现在同一工件不允许出现大于规定的局部误差!批次性误差要求高，加工工序多!周期长!控制难。对检验和加工的环境要求高，对加工者的操作技能和水平依赖强。目前大口径激光玻璃光学加工中的主要问题是加工效率不高!加工质量不稳定，克服目前问题主要从两个方面入手：一个方面是通过技术创新和工艺改进!逐步解决加工中产生缺陷和不达标的技术原因并改进F另一方面要根据大口径激光玻璃光学加工的特点!寻求有效的质量控制方法以使加工过程质量受控。大口径激光玻璃光学加工质量控制，加工工艺控制环节和质量检验工艺控制是保证产品质量控制的关键。工艺的控制从工艺的设计、工艺文件的控制和工艺实施的控制等方面开展。工艺文件是产品加工制造过程质量控制的主要依据"工艺设计属于设计和开发的范畴!要按JKLB标准予以控制、按照KLDQ工艺文件完整性T和UKDQ中S工艺文件的成套性T!工艺文件包括了工艺流程。工序质量控制表，检验卡"工艺文件按照JKLB<<#MN8<<#标准条款予以控制"工艺实施过程的控制方式一般有8种?#@对实施过程进行监控F8@对过程的结果进行检查和检测"在大口径激光玻璃光学加工的工艺控制中这8种方法都要采取!如在切割和整平阶段可以通过对外形口径%平整度和形位公差的检测来控制F在研磨和抛光阶段则需要对影响磨削效率和抛光质量的因素A压力%速度%离心量等@进行监控和调整!同时又要通过检测表面粗糙度和面形误差来判断工序能力"图;列举了大平面激光玻璃光学加工流程中各工艺控制点和检验点"包边过程属于特殊过程A对形成的产品是否合格及不易或不能经济地进行验证的过程!通常称之为特殊过程@!应按照特殊过程控制方法进行控制"精密环抛过程是整个产品加工中的关键过程!也是工艺难度最大和质量不稳定的环节!对其应实施重点控制"下面以精密环抛工序为例来说明工艺控制方法"精密环抛是采取了方程为理论基础发展起来的主动环抛理

论并在实践中得到了验证"大口径激光玻璃精密环抛以传统抛光沥青为抛光盘!通过校正盘移动来校正抛光盘的面形并通过沥青的塑性流动来修正加工工件的面形!属于柔性抛光范畴"柔性抛光在实践中无法按照纯粹机械磨削的加工公差和加工余量的控制方法来对工序实施控制"实际大口径激光玻璃精密环抛工序是通过对产品指标*主要是面形精度+检验和反馈!然后调整工艺参数控制及循环递进来实现最终质量达标的过程"精密环抛工艺控制参数包括抛光压强,-工件与胶盘的相对速度.-工件和校正盘偏心率-校正盘压强-校正盘载荷和环境温度等"精密环抛工序除了对工艺参数的控制外还要对工件质量进行实时直观监控!确保产品质量!防止加工反和误差偏离"检测和工艺参数调整的方法和频次应在工艺文件或作业规范中明确!严格按照工艺文件和作业规范进行加工!避免人为因素引入的非可控因素对加工质量的破坏"D3D质量控制的其他环节质量控制作为一种系统的管理方法除了对上述工艺实施过程的控制外还应该对影响产品质量的其他环节进行控制"大口径激光玻璃的光学加工应对如下环节实施控制EF+技术人员和操作者的控制大口径激光玻璃光学加工本身属于高技术和高技能的特殊加工行业!其对技术人员和操作者的知识水平和操作技能均有较高的要求"因此!要加强专业技术知识的培训!优化技术岗位构成"另外!大口径激光玻璃光学加工属于贵重的脆性材料加工!具有高风险性!加强作业纪律规范和职业道德教育尤为重要"加强对技术人员和加工人员控制的同时!要避免G以人为中心H的现象发生!降低产品质量对个别操作者的依赖性!降低人为因素对产品质量造成的不利影响"D+加工设备-工装和辅助设备的控制加工机床的精度和运行完好是确保大口径激光玻璃光学加工质量达标的关键"对加工机床外的其他工艺装备*如磨具+和辅助设备*如环境控制设备+等对产品质量产生影响的方面也要予以控制"要编制设备管理清单!制定设备维修-维护和保养制度及定期完好检查制度"合理使用加工设备-工装和辅助设备!正确地进行操作是保证加工质量的重要环节!要贯彻G人机固定H原则!实行定机-定人-定岗位责任的G三定H制度"/+坯料和辅料的质量控制实践和研究已经证明!光学加工的坯料特性如形位公差和材料的均匀性是光学加工能否达到质量要求的先决条件IJK"对加工前的激光玻璃坯料必须进行入场验收!验收合格的予以投入加工"坯料检验根据不同的项目可以采取全检也可以采取批次抽检的办法*如同一锅熔炼的激光玻璃的均匀性+"加工辅料是激光玻璃光学加工中影响产品质量的重要因素!要在采购-贮存-加工过程中予控制"J+环境控制大口径激光玻璃光学加工对环境因素要求非常苛刻!需要控制的环境因素包括温度"湿度"气流"洁净度和振动等!在大口径激光玻璃的光学加工中温度要求一般控制在#$%&’()的范围内*洁净度+万级*检测室对恒温"洁净度和振动有更高的要求!外界气象变化会引起室内环境条件的变化*所以大口径激光玻璃的光学加工应采取季节性态控制!环境因素的控制涉及范围较广*在编写作业指导书和工艺文件时*必须全面考虑*综合分析*才能达到有效控制的目的*对环境控制设备应列入设备清单予以控制!

质量控制的基本方法和工具的应用

实际操作中质量控制的方法可以选择性地采用./新旧七大手法*如因果分析图0鱼刺图1"柏拉图0计数值统计1"相关图"分层法"检查表"直方图"控制图"矩阵图法等!因果分析图可以用来分析生产中出现质量问题的原因*控制图可以表征工序的控制能力*柏拉图可以用来表征不合格项目的分布及其影响度如何*以判断问题之所在*并针对问题点采取改善措施!在大口径激光玻璃光学加工质量问题分析中*新旧2种方法相互结合灵活运用可有效地控制和提高产品的质量!通过图3图&说明质量控制手法在实际光学加工生产中的应用!从图3中可以看出面形超标是造成该批次产品不合格的主要方面!然后可以通过图&因果分析图对造成面形超标的原因进行分析*并对主要原因进行标注*得出检测设备落后和精抛工序工艺不够细化是造成面形不达标的主要因素*这可通过加大检测设备投入和对精抛工序的工艺进行细化来提高产品的合格率!

质量控制的效果

上海中晶企业发展有限公司按照LMNO$$+PQ,$$+标准建立了质量管理体系*在大口径激光玻璃光学加工中按照体系和标准要求进行质量控制!采取质量控制以后*大口径激光玻璃光学元件的技术指标"加工质量稳定性和合格率显著提高*图R列出了实施质量控制前后R个批次平均面形指标!从图R可以看出S采取质量控制以后*大口径激光玻璃加工的面形指标有所上升*按照$%,&T的验收指标*合格率明显提高*特别是指标一致性方面显著提高*体现了质量控制在批量化生产中的重要性!-结束语大口径激光玻璃光学加工是激光惯性约束聚变装置单元器件方面的重要工程项目!光学加工的传统管理模式难以满足当前面临的批量大"要求高的现实需求!本文从质量控制和质量管理的角度出发*结合大平面激光玻璃光学加工的特点*阐述了在激光玻璃的光学加工实践中推行质量管理和质量控制的方法!实践证明加工的质量稳定性和合格率都有所提高*为W神光X系列激光惯性约束聚变装置光学元件供货提供了重要保障!