[發明專利]大口徑高陡度空間光學非球面反射鏡立式加工方法及裝置

有效

• 申請號: 201410513658.2
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104386922A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 王旭;鄭立功
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C03C23/00
• 分類號: C03C23/00
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明涉及光學加工技術領域，具體涉及一種大口徑高陡度空間光學非球面反射鏡立式加工方法及裝置。

背景技術

在光學檢測過程中，反射鏡的檢測位置大多為立式檢測，這種狀態與平放的加工狀態不同，由于重力的影響導致反射鏡面形變化，這種現象在大口徑高陡度的反射鏡上表現得尤為突出，正是由于加工、檢測狀態的不一致導致的面形變化，從而降低加工的收斂效率。如果采用傳統接觸式散粒磨料的數控小磨頭方法加工，從工藝角度基本沒有可能采用立式加工方法。對于非接觸式加工的離子束工藝而言，其需要較高的真空環境才能工作，另外此工藝如果加工高陡度的反射鏡必須采用五軸聯動的結構，而真空條件下的五軸聯動機構的成本無疑是巨大的。最關鍵的受限因素是離子束工藝的去除率較低，僅應用于最后的超精拋光階段，在粗拋階段由于材料去除量較大，無法直接應用此工藝加工高陡度反射鏡。

光學非球面反射鏡加工是采用CCOS技術即計算機控制小磨頭加工工藝。傳統的工藝中，磨頭使用的是光學瀝青材料，其特點是瀝青材料有一定的自流動性，以此特性來適應非球面反射鏡各處曲率半徑不同的特點。但是在加工過程中瀝青的硬度是固定的，自流動性有限，因此如果加工過程在光學非球面反射鏡上產生了一定的中高頻誤差的話，就必須在不同的加工周期中使用不同直徑，不同硬度的磨頭。那么，如果在反射鏡的各處同時分布著不同的中高頻誤差的話，就只能在不同的加工周期中更換不同直徑、不同硬度的磨頭予以消除，這就給加工過程帶來了諸多不便。另外對于高陡度非球面光學反射鏡而言，使用傳統接觸式的瀝青磨盤會導致磨盤與局部加工區域不吻合導致較低的加工效率。針對這種情況，使用磁流變光學加工工藝是較好的選擇，但由于磁流變磨頭的單點加工區域面積較小，這樣的工藝容易引入高頻誤差，也就是人們常說的面形很“碎”。而且磁流變工藝更多的應用在面形精度較高的加工階段，如果在面形誤差比較大的階段使用這種工藝并不能提高加工效率。離子束加工工藝的應用階段與磁流變工藝類似，都是在面形精度較高的時候應用。離子束工藝最大的優點就是其擁有穩定的去除函數。但離子束工藝最大的限制條件就是必須在真空條件下使用，這也限制了它的應用范圍。

隨著控制技術的不斷成熟完善，機械臂在汽車行業、機械制造行業得到了廣泛的應用。機械臂有著一系列的優勢，諸如:運動靈活、節省空間、運動速度快、定位精度高、響應速度快、控制方式靈活。現階段的機械臂技術與激光焊接技術完美的結合就是典型的代表。

發明內容

為了解決現有非球面反射鏡的接觸式加工方法以及裝置存在的加工效率低、成本高、精度低的問題，本發明提供一種在常壓條件下以非接觸式加工方式且能夠獲得穩定去除函數、加工效率較高的大口徑高陡度空間光學非球面反射鏡立式加工方法及裝置。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的大口徑高陡度空間光學非球面反射鏡立式加工方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、根據大口徑高陡度空間光學非球面反射鏡在加工坐標系內的位置確定非球面反射鏡的非球面方程，同時利用非球面反射鏡加工算法生成加工控制文件，即機械臂負載端運動軌跡及加工駐留時間函數；

步驟二、常壓條件下，開啟冷卻循環泵向射頻線圈中通入冷卻水或冷卻氣，開啟冷卻及輔助氣源并以0.3～2SLM的流量向與輔助氣入口相通的石英炬管的中間管通入高純氬氣作為等離子體輔助氣，用于在射頻線圈的激勵下產生高溫等離子體，以12～20SLM的流量向與冷卻氣入口相通的石英炬管的外管通入高純氬氣作為等離子體冷卻氣，將石英炬管與高溫等離子體分隔開避免石英炬管融化；

步驟三、待上述準備工作完成后，將射頻電源的功率調節到800～1200W并加載在射頻線圈上；

步驟四、常壓條件下，將高壓特斯拉點火線圈與石英矩管接觸或者將高壓特斯拉點火線圈放置在與石英矩管距離5mm以內的位置，接通高壓特斯拉點火線圈使其放電產生高壓電火花，高壓電火花在石英炬管內部感生出電子并擊穿中間管和外管中的高純氬氣，同時在射頻線圈產生的電磁場激勵下進一步擊穿高純氬氣，最終點燃等離子體形成高溫而穩定的等離子體炬；

步驟五、形成等離子體炬后，同時開啟工作氣源和氧氣源，以0～1000SCCM的流量向與工作氣入口相通的石英炬管的中心管通入工作氣體，工作氣體為四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮，同時以0～200SCCM的流量向與工作氣入口相通的石英炬管的中心管通入高純氧氣，工作氣體與高純氧氣的體積比為5:1，工作氣體被高溫等離子體炬所激發，經過5～10分鐘的穩定之后，形成活性基團；