一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件CO2激光抛光速度优化方法

技术特征：
1.一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过有限元仿真对冷却后的熔石英元件根据热力学温度场演变获取冷却后的假想温度分布；步骤二、根据步骤一中假想温度分布提取改性层与熔石英基体之间的改性层边界曲线，提取改性层边界曲线沿熔石英元件的水平方向深度，对不同水平位置的改性层边界曲线的深度进行整合，获得改性层边界深度拟合曲线；步骤三、对改性层边界深度拟合曲线分析，取中间区域水平处对应的深度值作为改性层理想深度，对于非改性层理想深度的水平位置利用比例优化方法对激光移动速度进行优化求解，得到优化速度与水平位置关系拟合曲线，根据优化速度与水平位置关系拟合曲线对激光抛光中激光的移动速度进行控制，实现对熔石英元件的激光变速抛光；步骤四、将步骤三中抛光后的熔石英元件重复步骤一，若再次得到的假想温度分布沿水平方向分布仍然不均，依次重复步步骤二、步骤三和步骤一，直至获取的假想温度分布沿水平方向分布均匀。2.根据权利要求1所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于，步骤一中，假想温度分布可利用热力学温度场分布，通过材料结构弛豫的常微分方程进行求解计算，所述常微分方程为：豫的常微分方程进行求解计算，所述常微分方程为：上式中，t—热力学温度(k)；t
f
—假想温度(k)；τ0—弛豫时间常数(s)；r—理想气体常数；δh—活化能(kj/mol)；η——热力学温度与假想温度之间的分配系数。3.根据权利要求2所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于，步骤三中，所述比例优化方法为：对每个水平位置对应优化速度利用下式进行计算，上式中，x
i
—第i个点的水平位置；v
xi
—第i个点的优化速度；v
ave
—优化前匀速抛光的速度；y
xi
—第i个点改性层深度；
y
ave
—改性层理想深度；α—放大系数；将获取的每个水平位置对应的优化速度进行整合，从而获取优化速度与水平位置关系拟合曲线。4.根据权利要求3所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于，步骤四中，判断假想温度分布沿水平方向分布是否均匀的方法为：对经过步骤一至步骤三优化后的改性层深度曲线进行分析，计算相对理想深度以及相对理想深度相对理想深度的波峰波谷差值，若相对理想深度的差值小于或等于10％，则优化后的假想温度分布沿水平方向分布均匀，若相对理想深度的差值大于10％，则优化后的假想温度分布沿水平方向分布不均匀；若相对理想深度的波峰波谷差值小于或等于15％，则优化后的假想温度分布沿水平方向分布均匀，若相对理想深度的波峰波谷差值大于15％，则优化后的假想温度分布沿水平方向分布不均匀。5.根据权利要求4所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：选取熔石英元件两侧边界区域的改性层深度曲线进行分析。6.根据权利要求5所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：两侧边界区域的宽度为熔石英元件整体宽度的1/4-3/8。7.根据权利要求6所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：步骤一中，所述冷却后的假想温度分布为元件最大热力学温度降低至室温时的假想温度分布。8.根据权利要求7所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：所述放大系数的初始设定值为1。9.根据权利要求8所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：所述有限元仿真计算用到的参数设定包括光斑半径、激光功率、激光移速和移动距离。10.根据权利要求9所述的一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件co2激光抛光速度优化方法，其特征在于：步骤三中的激光变速抛光中光斑半径、激光功率和移动距离均与有限元仿真计算用到的光斑半径、激光功率和移动距离相同。

技术总结
本发明提供一种基于假想温度均匀分布的熔石英元件CO2激光抛光速度优化方法，属于光学加工技术领域。为解决现有CO2激光抛光熔石英元件工艺过程中，由于热量累积导致分布不均匀的假想温度和残余应力会影响光路的传输、导致元件产生较大的变形，甚至产生表面裂纹，严重影响了该工艺的工程应用的问题。本发明以假想温度分布与残余应力分布的对应关系为基础，通过有限元仿真得到CO2激光抛光后熔石英元件内部假想温度二维分布，对抛光过程中瞬时速度进行优化，以实现元件内部假想温度的均匀分布，进而得到残余应力分布均匀的熔石英元件，防止元件表面变形和产生表面裂纹，从而为CO2激光抛光熔石英元件工艺的工程应用提供理论指导和优化方法。指导和优化方法。指导和优化方法。


技术研发人员：陈明君 张天浩 李天元 赵林杰 程健 尹朝阳 吴春亚 刘赫男 于天宇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.09.02
技术公布日：2022/11/11