[發明專利]等厚離軸非球面反射鏡的加工方法

有效

• 申請號: 201711086570.7
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107984303B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 胡晨;吳令奇;顧昊金;魏朝陽;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種高精度等厚離軸非球面反射鏡的高效加工方法，本發明通過同軸母鏡工裝的設計，實現了子鏡精確定位及等厚加工，能多塊等厚離軸非球面反射鏡同時加工，具有加工成本低、加工精度高和加工效率高的特點。

技術領域

本發明涉及光學加工領域，具體涉及一種等厚離軸非球面反射鏡的加工方法。

背景技術

現代科學技術的飛速發展，使得基于離軸非球面光學系統在對空觀測、對地觀測、極紫外光刻等前沿領域得到了廣泛應用。相比同軸反射式光學系統，離軸反射式光學系統不存在中央遮攔問題，具有更大的有效通光口徑，并且可以避免由此而產生的衍射現象，提高成像質量，有效滿足現代光學成像系統對于大視場、長焦距和接近于衍射極限像質的迫切需求。因此，離軸反射式光學系統已經逐漸成為未來發展主流，在現代各類光學系統中呈現出日益增長的應用需求。

離軸非球面鏡的傳統加工主要有兩種方式：同軸母鏡加工和單件加工。同軸母鏡加工是指采取傳統方法加工一塊大的軸對稱非球面母鏡，其口徑至少應能包含所需離軸非球面，待同軸母鏡加工完畢后，從該母鏡中套出所需離軸非球面。該方法適用于小口徑小離軸量的離軸非球面的加工，當口徑或離軸量較大時，加工成本將急劇增加，同時，該方法無法保證等厚離軸非球面反射鏡的加工，如圖1所示。單件加工是將毛坯尺寸做到離軸非球面所需口徑，然后直接對其進行加工。單件加工的傳統拋光方法，主要包括手工修拋法和彎曲應力拋光法等手工修拋法是工人手工把持粘貼瀝青的小工具進行加工，根據測量的面形誤差分布以及個人經驗來選擇拋光工具形狀、控制拋光時間以及拋光壓力。手工修拋法效率極低，非常依賴于人的經驗，收斂過程需要反復迭代，且中高頻誤差比較嚴重，不能滿足大口徑離軸非球面的加工需求。彎曲應力拋光法是先將離軸非球面加工成一個球面，然后根據材料力學公式計算出加在鏡面邊緣的力和力矩，使之產生變形，其變形量正好和離軸非球面與起始球面之差相等，但符號相反然后在應力狀態下將其拋光成球面，拋光完成后解除鏡體彎曲應力，鏡體彈性恢復后得到離軸非球面面形。彎曲應力拋光法容易保持離軸非球面的焦距和離軸量，但是需要大量加力用的機械零件，適用于大批量離軸非球面的粗加工，加工精度不高。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種等厚離軸非球面反射鏡的加工方法，該方法通過同軸母鏡工裝的設計，實現了子鏡精確定位及等厚加工，能多塊等厚離軸非球面反射鏡同時加工，具有加工成本低、高精度和加工效率高的特點。

為實現上述技術目的，本發明的技術解決方案如下：

一種等厚離軸非球面反射鏡的加工方法，其特點在于，包括以下步驟：

1)同軸母鏡工裝和子鏡坯料加工：根據待加工離軸非球面反射鏡(以下稱為子鏡)的加工參數，即口徑、離軸角、離軸量，對同軸母鏡工裝進行設計，采用數控加工中心完成同軸母鏡工裝外形及相應的定位沉孔加工，并在各個定位沉孔的底面劃線，并延伸至孔的邊沿，其延長線過母鏡的中心，用于標記離軸方向；子鏡坯料經外形加工后，采用金剛石刀具在其背面劃線，劃線的一側延伸至鏡片邊沿；

2)子鏡上盤：將子鏡坯料置于定位沉孔中，邊沿刻線對齊，同時用塞片固定，然后置于電爐上高溫烘烤，將液態的臘滴入縫隙中，待臘充分填滿縫隙后，關閉電爐，常溫下自然冷卻后，子鏡坯料就成功鑲入同軸母鏡中形成工件；

3)工件銑磨：采用高精度數控光學銑磨加工中心，使用半球形碟形砂輪銑磨工件，采用輪廓儀進行輪廓檢驗，判斷輪廓誤差是否達到要求，若達到要求則進入下一步，否則繼續銑磨加工；

4)工件研拋：采用傳統單軸機對工件進行研磨及粗拋加工，技術要點在于嚴格控制起始球面半徑的準確度以及同一環帶上半徑的一致性，采用輪廓儀進行檢測，判斷輪廓誤差是否達到要求，若達到要求則進入下一步，否則繼續研拋加工；

5)待加工件的面形精度收斂到進入干涉儀量程后(一般為小于2μm)，采用激光干涉儀對所述的工件的反射鏡面形進行測量，得到工件加工所需要的全口徑面形誤差；