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Sistema de pulido determinístico para superficies ópticas con HyDRa
Erika Sohn
ANSELMO ALEJANDRO CORNEJO RODRIGUEZ
ELFEGO GUILLERMO RUIZ SCHNEIDER
Esteban Luna Aguilar
LUIS SALAS CASALES
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
HyDRa polishing system
Optical tests
HyDRa design and construction
This work presents the deterministic hydrodynamic polishing system HyDRa, (HyDrodynamic Radial Polishing Tool) based on a polishing tool developed at the Instituto de Astronomia, UNAM. I have creatively participated in this multidisciplinary project since its initial stages. The HyDRa system represents a genuine technological development that has been patented, licensed and transferred. HyDRa is a modern deterministic polishing technique that compares to current polishing methods that allow for computer controlled finishing of complex optical surfaces. The HyDra system is based on a hydrodynamic polishing tool that generates a variabledensity abrasive flow that makes the production of high-quality optical surfaces of diverse materials possible. The tool comprises several stacked operational stages that generate a grazing abrasive flow with a predictable erosion footprint on the workpiece that removes material deterministically. An abrasive suspension/slurry (water and polishing grit) is fed to the tool’s first operational stage, where it is mixed with air at controlled pressure, in order to produce a variable-density abrasive foam. This foam then enters the rotational acceleartion chamber, where it is accelerated to high RPM. The abrasive foam is then expelled from the tool through a nozzle that forms between the workpiece and the tool’s output. The way in which the foam is expelled forms a hydrodynamic cushion with a central low-pressure zone (vacuum) and a perimetral high-pressure ring that surrounds the central low-pressure zone. These regions cancel each other out, which results in the tool floating over the workpiece without making contact and exerting zero force onto the surface to be polished. This has several advantages over other modern deterministic polishing techniques, in particular the capability of polishing ultra-thin surfaces, such as semiconductor wafers and optical membranes. This work also encompasses a recent innovation to the hydrodynamic polishing tool which adds a switching capacity to the tool that allows the polishing action to be interrupted without losing the stability of the operating parameters. This further improves the versatility and performance of the tool, since it is now possible to polish only the regions where the surface needs to be corrected, without the need to have to scan the entire surface and remove material where not necessary.
Este trabajo presenta un sistema de pulido hidrodinámico llamado HyDRa (HyDrodynamic Radial Polishing Tool), desarrollado en el IAUNAM, en donde he participado creativamente de manera multidisciplinaria desde sus inicios y que representa un desarrollo tecnológico original, que ha sido patentado, licenciado y transferido. El sistema HyDRa se ubica en el contexto del pulido determinístico moderno y se compara con los métodos actuales que permiten el pulido controlado por computadora de superficies ópticas complejas. El sistema HyDRa esta basado en una herramienta de pulido hidrodinámica que tiene la propiedad de generar un flujo abrasivo con densidad variable que permite el pulido de alta calidad de superficies de diversos materiales. La herramienta comprende varias etapas operativas que permiten generar un flujo abrasivo rasante con una huella de erosión predecible que remueve material de la superficie de trabajo de forma determinística. La suspensión abrasiva (agua y polvo abrasivo) es introducida a la primera etapa de la herramienta y mezclada con aire a presión controlada para formar una espuma abrasiva con densidad controlable que posteriormente entra a una etapa de aceleración rotacional, en donde la espuma es acelerada a altas RPM. La espuma abrasiva es expulsada por una tobera que se forma entre la salida de la herramienta y la superficie a pulir y que genera un colchón hidrodinámico con una zona de vacío al centro de la huella de erosión y una zona de alta presión en la periferia de esta que se equilibran entre si, provocando que la herramienta flote sobre la superficie sin hacer contacto ni fuerza sobre ella. Esto presenta varias ventajas sobre otros métodos modernos de pulido determinístico, en particular el pulido de superficies ultradelgadas como obleas semiconductoras y membranas ópticas. Dentro de este trabajo se plantea también una innovación a la herramienta de pulido hidrodinámico HyDRa. Esta innovación le da la capacidad a la HyDRa de interrumpir instantáneamente el efecto abrasivo sin perder la estabilidad de los parámetros de operación. Esto aumenta aún más la versatilidad y eficiencia de la herramienta, ya que permite pulir únicamente las regiones en donde es necesario corregir la superficie, sin la necesidad de recorrer la superficie entera y remover material en donde no es necesario. Esta innovación también posibilita el pulido por modulación de ancho de pulso, que permite pulir desde cero hasta la máxima erosión posible.
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica.
2020-02
Tesis de doctorado
Español
Estudiantes
Investigadores
Público en general
López Forment, E. S., (2020), Sistema de pulido determinístico para superficies ópticas con HyDRa, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica.
ÓPTICA
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