[發(fā)明專利]米量級光學(xué)元件的超高精度加工方法

有效

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• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103692294A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏朝陽;顧昊金;程鑫;易葵;邵建達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于米量級光學(xué)元件加工，特別是一種米量級光學(xué)元件的超高精度加工方法。?

技術(shù)背景

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對應(yīng)用于各種光學(xué)系統(tǒng)中的米量級光學(xué)元件提出了越來越高的要求。通常情況下要求最終生產(chǎn)的米量級光學(xué)元件具有高的面形精度。高的面形精度可以保證好的成像質(zhì)量，減少散射，可以避免米量級光學(xué)元件在高能應(yīng)用中的破壞。因而米量級光學(xué)元件的性能在很大程度上取決于制造過程。已經(jīng)研究出多種加工方法可以獲得高精度的加工表面，其中典型的加工方法有塑性研磨、化學(xué)拋光、浮法拋光、彈性發(fā)射加工、離子束拋光等等，以上這些加工方法都是針對小口徑米量級光學(xué)元件，而對于大尺寸米量級光學(xué)元件，這些加工方法或者拋光效率較低，或者拋光不易控制，各自存在一定的缺陷。對于米量級光學(xué)元件，當(dāng)前現(xiàn)有的方法主要是使用環(huán)形拋光技術(shù)，而環(huán)形拋光技術(shù)在加工中會(huì)存在像散較大，加工精度不高的情況。?

磁流變拋光，是利用磁流變拋光液在磁場中的流變性對工件進(jìn)行局部修形和拋光的技術(shù)。磁流變液由載液（如水，硅油等）、離散的可極化的微米量級磁敏微粒、表面活性劑、拋光顆粒和具有其他功能的添加劑組成。磁流變液由拋光盤循環(huán)帶入工件與拋光盤之間形成的微小間距的拋光區(qū)中，在該區(qū)域里，磁流變液在高梯度磁場的作用下，發(fā)生流變效應(yīng)而變硬、黏度增大，其中的磁性顆粒沿著磁場強(qiáng)度的方向排列成鏈，形成具有一定形狀的凸起緞帶，而其中的拋光粉顆粒不具有磁性，因此會(huì)被擠壓而浮向磁場強(qiáng)度弱的上方，這樣上面浮著一層拋光顆粒的凸起緞帶就構(gòu)成了一個(gè)“柔性拋光模”，當(dāng)該柔性拋光模在運(yùn)動(dòng)盤的帶動(dòng)下流經(jīng)工件與運(yùn)動(dòng)盤形成的小間隙時(shí)，會(huì)對工件表面產(chǎn)生很大的剪切力，對工件表面材料實(shí)現(xiàn)去除。?

國內(nèi)外對磁流變拋光方法進(jìn)行了大量的研究，國內(nèi)主要是長春光學(xué)精密機(jī)械研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和國防科技大學(xué)等單位對磁流變拋光進(jìn)行了研究，但只可使?用在較小的光學(xué)元件上，并沒有針對大口徑平面米量級光學(xué)元件的加工方法。而如果使用加工小工件的方式加工米量級光學(xué)元件，因其加工時(shí)間過長，磁流變液性質(zhì)將出現(xiàn)不穩(wěn)定，極容易導(dǎo)致大口徑米量級光學(xué)元件表面出現(xiàn)意想不到的缺陷，很難實(shí)現(xiàn)對米量級光學(xué)元件的超高精度加工。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種米量級光學(xué)元件的超高精度加工方法，將環(huán)形拋光技術(shù)與磁流變拋光技術(shù)相結(jié)合，該方法可以制造出面形精度的PV值達(dá)到1/8波長，RMS值達(dá)到1/50波長的米量級光學(xué)元件。?

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：?

一種米量級光學(xué)元件的超高精度加工方法，其特征在于該方法包括下列步驟：?

1）環(huán)形拋光：?

使用環(huán)形拋光機(jī)對米量級光學(xué)元件進(jìn)行預(yù)加工，在加工過程中使用Φ300mm干涉儀測量所述的米量級光學(xué)元件的面形精度的PV值，直至該米量級光學(xué)元件的面形精度小于1個(gè)波長；?

2）磁流變加工：?

①設(shè)定磁流變機(jī)床的拋光參數(shù)：拋光輪的轉(zhuǎn)速為170-180r/min，磁場電流為6.5～7A，磁流變液的粘度為190～195Pa·s，流量為110～120L/h，拋光輪底部與所述的米量級光學(xué)元件的上表面距離為1～1.1mm；?

②標(biāo)定磁流變液去除效率：?

a）用Φ100mm干涉儀測出Φ100mm的圓鏡的原始面形，存入工藝電腦中；?

b)將所述的Φ100mm的圓鏡放置在磁流變機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)整架上，調(diào)節(jié)所述的調(diào)整架，配合百分表使所述的Φ100mm的圓鏡保持水平；?

c)在Φ100mm的圓鏡上四個(gè)正交位置定點(diǎn)拋光T秒，利用干涉儀測出加工后的面形，存入工藝電腦中；?

d)工藝電腦用加工后的面形減去原始面形，得到所述的四個(gè)正交定點(diǎn)拋光區(qū)域的去除深度，四個(gè)定點(diǎn)區(qū)域的去除深度分別記作L1、L2、L3、L4，求平均得磁流變液的平均去除深度L=(L1+L2+L3+L4)/4，四個(gè)定點(diǎn)區(qū)域的去除體積記作V1、V2、V3、V4，并且根據(jù)加工時(shí)間T，求平均得磁流變液的平均去除效率η=(V1+V2+V3+V4)/4T；?

③米量級光學(xué)元件定位：將所述的米量級光學(xué)元件固定在磁流變機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)中央，利用百分表確定所述的米量級光學(xué)元件的中心在轉(zhuǎn)臺(tái)上的x軸和y軸位置（X1、Y1），通過對刀系統(tǒng)確定所述的米量級光學(xué)元件的上表面的位置（Z1），利用墊在所述的米量級光學(xué)元件下的紙片配合百分表使所述的米量級光學(xué)元件保持水平，整個(gè)所述的米量級光學(xué)元件的上表面的高度差不超過1μm；?