[發(fā)明專利]一種全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711376085.3
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108237436B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李錦鵬;毛祥龍;謝永軍;王鵬;王鳳彪;高榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: B23Q15/00
• 分類號: B23Q15/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發(fā)明屬于光學(xué)器件制造及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法。該制造方法對各個工作面的加工實施了嚴(yán)格的坐標(biāo)控制，保證了其定位精度，實現(xiàn)了控形控位一體化制造的功能，極大的提高了全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的成型效率及精度。本發(fā)明主要包括以下步驟：1)加工自由曲面鏡子；2)支撐結(jié)構(gòu)的加工，支撐結(jié)構(gòu)的加工以機床坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，分別對各工作面進行超精加工；3)將自由曲面鏡子分別安裝到相對應(yīng)的支撐工作面上，利用光學(xué)膠固定，即可完成全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)器件制造及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法。

背景技術(shù)

自由曲面是指任意非傳統(tǒng)曲面，其不具有任意對稱性，且具有非常豐富靈活的參數(shù)化表現(xiàn)形式。與傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)對稱曲面相比，自由曲面可以提供更多的設(shè)計自由度，在光學(xué)性能、體積和重量限制等方面具有諸多的優(yōu)越性。隨著科技的發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)ψ杂汕娴男枨笤絹碓綇V，對自由曲面元件和系統(tǒng)精度的要求是越來越高。

全自由曲面離軸三反系統(tǒng)采用三片自由曲面反射鏡，大大提升了離軸三反系統(tǒng)的像差矯正能力，在實現(xiàn)系統(tǒng)無遮攔和高成像性能的同時，三片鏡子在空間中還可以靈活的布局，可產(chǎn)生超緊湊型多面體光學(xué)架構(gòu)，從而滿足空間光學(xué)領(lǐng)域?qū)d荷小型化和輕量化的需求，具有重要的應(yīng)用前景。

由于自由曲面不具備對稱性，導(dǎo)致全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的裝調(diào)自由度多，傳統(tǒng)裝調(diào)方法難以實施。全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的裝調(diào)方法也是目前國際上的研究熱點，如計算機輔助裝調(diào)技術(shù)等，然而目前的裝調(diào)方法都還不成熟，特別是在裝調(diào)效率上有待進一步提升。此外，目前自由曲面光學(xué)元件的加工方法不斷涌現(xiàn)，但全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法卻鮮有報道。因此，急需一種系統(tǒng)級的全自由曲面離軸三反系統(tǒng)高效制造解決方案，提高整個系統(tǒng)的成型效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法，該制造方法對各個工作面的加工實施了嚴(yán)格的坐標(biāo)控制，保證了其定位精度，實現(xiàn)了控形控位一體化制造的功能，極大的提高了全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的成型效率及精度。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是，一種全自由曲面離軸三反系統(tǒng)的制造方法，全自由曲面離軸三反系統(tǒng)包括支撐結(jié)構(gòu)和自由曲面鏡子，自由曲面鏡子安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，自由曲面鏡子包括主鏡、次鏡和三鏡；其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)加工自由曲面鏡子；

2)支撐結(jié)構(gòu)的加工，支撐結(jié)構(gòu)的加工以機床坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，分別對各工作面進行超精加工，具體包含以下步驟：

2.1)選定主鏡支撐面為第一個加工面，首先利用機床主軸將主鏡支撐面旋轉(zhuǎn)到與X軸垂直的位置，根據(jù)設(shè)計要求，確定主鏡支撐面到機床坐標(biāo)中心的距離，該機床坐標(biāo)中心的X＝0，利用機床坐標(biāo)控制，將主鏡支撐面在X軸方向加工到指定的坐標(biāo)位置；

2.2)在X方向加工的同時，根據(jù)設(shè)計要求，確定主鏡支撐面在Y軸方向需要加工到的坐標(biāo)，利用機床坐標(biāo)控制，將主鏡支撐面在Y軸方向加工到指定的坐標(biāo)位置，此時，會在主鏡支撐面Y軸方向的上端留下一個平臺，即Y軸所留平臺；

2.3)在主鏡支撐面沿著Z軸方向的末端安裝第一輔助長方塊，并對第一輔助長方塊進行超精加工，加工結(jié)束時記錄Z軸方向的坐標(biāo)；

2.4)主鏡支撐面加工完成后，以主鏡支撐面為起始位置將支撐結(jié)構(gòu)次鏡工作面旋轉(zhuǎn)到與X軸垂直的位置，利用步驟2.1)和2.2)完成次鏡支撐面的加工；在次鏡支撐面沿著Z軸方向的末端安裝上第二輔助長方塊，根據(jù)主鏡、次鏡直徑的差值，結(jié)合步驟2.3)所述坐標(biāo)，計算得到次鏡支撐面上第二輔助長方塊所需加工到的坐標(biāo)位置，利用機床坐標(biāo)控制，將第二輔助長方塊在Z軸方向加工到指定的坐標(biāo)位置；