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系統識別號 U0002-2807200919130700
中文論文名稱 圓柱件及繞射元件之精密拋光研究
英文論文名稱 Precision Polishing of Diffractive Optical Components and Cylindrical Specimens
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 陳泰全
研究生英文姓名 Tai-Chuan Chen
學號 695370394
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-07
論文頁數 67頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-趙崇禮
委員-陳盈同
委員-周文成
委員-趙崇偉
委員-楊詔中
中文關鍵字 拋光  圓柱型試件  浮動拋光  繞射元件 
英文關鍵字 polishing  cylindrical specimen  floating polishing  diffraction components 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文之研究目的在針對細長圓柱件與繞射元件兩類難拋光工件研製以非接觸式拋光法為基礎之精密拋光系統以進行其表面粗糙度的改善。除設計製作特殊之拋光系統外亦探討各項拋光參數如拋光磨料種類、粒度、濃度、拋光間隙等對圓柱件與繞射元件的表面粗糙度改善情況,及材料移除率間之關係。研究結果顯示,對圓柱件之拋光系統:拋光系統內孔的安排會影響加工效率,15度內孔的拋光具有較佳之加工效率、提高拋光液濃度亦能增進表粗改善率。至於繞射元件之拋光系統:使用UV膠進行繞射元件拋光能在減低破壞繞射元件之形狀精度的前提下改進V溝之表面粗糙度。
英文摘要 This research aimed to develop precision polishing systems for improving the surface finish of long fine cylinder and diffractive optical element (DOE) based on the non-contact polishing process. Apart from design and development of the polishing systems, the related polishing parameters such as slurry concentration, abrasive size, polishing gap were correlated to the obtained surface roughness, form accuracy and material removal rate. The results showed that in the case of cylinder polishing-- the fifteen degree inner holes exhibited better surface roughness improve rate (SRIR) than that of vertical holes. As to the case of DOE polishing system, the UV-cured polishing molds demonstrated good SRIR of the V-grooves without giving in too much form accuracy.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號表 XII
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究背景 2
1-3 研究動機與目的 3
第二章 文獻回顧與理論基礎 5
2-1 超精密拋光技術 5
2-1-1 浮動拋光(Float Polishing) 5
2-1-2 磁力研磨(Magnetic Abrasive Finishing) 6
2-1-3 磁浮拋光法(Magnetic Float Finishing) 7
2-1-4 磨料流加工(Abrasive Flow Machining) 8
2-1-5 非接觸式拋光技術比較 9
2-2 繞射光學元件介紹 11
2-2-1 繞射光學元件與傳統光學元件比較 11
2-2-2 繞射光學元件的拋光 12
2-2-3 現有繞射光學元件拋光 13
2-3 本論文圓柱件拋光法介紹 14
2-4 新型繞射元件拋光法介紹 16
2-5 材料移除率 17
2-5-1 材料移除公式建構 17
2-5-3 表面粗糙度改善率 19
第三章 實驗設備與方法 20
3-1 圓柱件拋光實驗 20
3-2 圓柱件拋光實驗步驟 20
3-4 圓柱件拋光設備建立與做動方法 22
3-4-1 拋光設備-主軸 22
3-4-2 拋光設備-Z軸移動裝置 22
3-4-3 圓柱件拋光設備-拋光具 24
3-4-4 圓柱件拋光設備-Pump 26
3-4-5 電子天平 27
3-4-6 圓柱件實驗系統結合與作動方式 28
3-5 繞射元件拋光實驗 29
3-5-1 繞射元件拋光實驗步驟 29
3-5-2 繞射元件拋光實驗規劃與流程圖 30
3-5-3 繞射元件拋光設備建立 31
3-5-4 紫外光固化設備 33
3-6 材料移除 35
3-7 加工參數對拋光之影響 35
3-8 檢測設備及清潔設備 35
3-8-1 光學顯微鏡 35
3-8-2 表面輪廓儀(KLA-Tencor αstep-500) 36
3-8-3 超音波震洗機 36
3-8-4 掃描式電子顯微鏡( Scanning Electron Microscope, SEM ) 37
3-9 研磨液調配 38
3-10 圓柱件實驗試件 38
3-11 繞射元件V溝試件 40
第四章 結果與討論 41
4-1各參數對圓柱件拋光之影響 41
4-1-1圓柱型拋光具內孔洞安排對加工效率的影響 41
4-1-2磨粒大小對圓柱件拋光之影響 44
4-2 圓柱型試件拋光各參數之影響 47
4-3 繞射光學元件拋光 48
4-3-1 繞射光學元件拋光法選擇 48
4-3-2繞射光學元件拋光轉速之影響 51
4-3-3繞射光學元件拋光液濃度之影響 54
4-3-4繞射光學元件拋光間隙之影響 57
第五章 結論 60
第六章 參考文獻 61
附錄 64

圖目錄
圖1.1 奈米轉印技術 4
圖2.1 浮法拋光工作狀態之液體流動示意圖 6
圖2.2 磁力研磨機制示意圖 7
圖2.3 磁浮拋光法示意圖 8
圖2.4 磨料流加工示意圖 9
圖2.5 使用尖形和輪型工具拋光V型溝示意圖 13
圖2.6 論文圓柱件之拋光法研磨液流動(a)2D示意圖(b)3D示意圖 14
圖2.7論文圓柱之拋光法凸出結構示意圖 15
圖2.8研磨液受凸出結構影響之流動情況 15
圖2.9 新型繞射元件之拋光法 (a)2D示意圖(b)3D示意圖 16
圖2.10 磨粒撞擊工件表面示意圖 18
圖3.1 實驗流程圖 21
圖3.2 NSK E400 主軸,最高轉速40000rpm 22
圖3.3 Z軸高度移動裝置與高速主軸配合 23
圖3.4 Z軸移動裝置之作用於拋光具上示意圖 24
圖3.5 拋光具作用示意圖 25
圖3.6 拋光具中凸出結構示意圖 25
圖3.7 PUMP照片 26
圖3.8 電子天平 27
圖3.9 圓柱件拋光示意圖 28
圖3.10 繞射元件實驗流程圖 30
圖3.11 繞射元件拋光示意圖 31
圖3.12 繞射元件拋光實驗步驟 32
圖3.13 點光源機 34
圖3.14 Olympus 金相顯微鏡 36
圖3.15 KLA-Tencor α step-500表面輪廓儀 36
圖3.16 超音波震洗機 37
圖3. 17 掃描式電子顯微鏡(HITACHI S4160型) 37
圖3. 18 圓柱型試件照片(φ5,50mm) 38
圖3-19 V溝加工件示意圖 40
圖3.20 試件照片(約φ4.8mm) 40
圖4.1 0度孔拋光具與15度拋光具示意圖 41
圖4.2 0度孔拋光具與15度拋光具粗糙度比較圖 43
圖4.3 磨料大小比較曲線圖 45
圖4.4 濃度不同表面粗糙比較圖 46
圖4.6 繞射元件拋光法不同之V溝斜面粗糙度比較圖 49
圖4.7 不同的拋光法各試件的尖點高度改變 50
圖4.8 繞射元件拋光轉速不同之V溝加工件OM圖 52
圖4.9 繞射元件拋光不同轉速之V溝斜面粗糙度比較圖 52
圖4.10 不同轉速試件的尖點高度改變 53
圖4.11 繞射元件拋光液不同濃度之加工件V溝OM圖 55
圖4.12 繞射元件拋光液不同濃度之V溝斜面粗糙度比較圖 55
圖4.13 拋光液濃度不同影響尖點改變 56
圖4.14 繞射元件拋光不同間隙之加工件OM圖 58
圖4.15 繞射元件拋光間隙不同之V溝斜面粗糙度比較圖 58
圖4.16 使用不同間隙試件的尖點高度改變 59

表目錄
表2-1 各種表面拋光技術 10
表2-2 繞射光學元件及傳統光學元件之比較 11
表3- 1 PUMP抽水參數 26
表3-2 UV膠基本特性[附錄] 33
表3-3 固化後的UV膠的特性[附錄] 33
表3-4紫外光點光源機 34
表3- 5磨料機械性質 38
表3- 6 試件機械性質 39
表3-7試件機械性質 40
表4-1 拋光具內孔洞之比較參數表 42
表4-2 磨粒大小對拋光之影響實驗加工參數表 44
表4-3 拋光液濃度對拋光之影響實驗加工參數表 45
表4-4 各參數對於拋光的影響 47
表4-5 繞射元件拋光間隙之比較參數表 48
表4-6 繞射元件拋光不同轉速之比較參數表 51
表4-7 繞射元件拋光液不同濃度之比較參數表 54
表4-8 繞射元件拋光間隙不同之比較參數表 57

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