[發明專利]一種平面光學元件磨削加工方法

在審

• 申請號: 201810433403.3
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108453568A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 李平;金灘;劉安民;陳思羽;吳遠志
• 申請（專利權）人: 湖南工學院
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00;B24B13/01
• 代理公司: 衡陽雁城專利代理事務所(普通合伙) 43231
• 代理人: 龍騰;黃麗

一種平面光學元件磨削加工方法，步驟一、采用由旋轉工作臺和杯形砂輪組成的進給磨削模式完成工件的粗磨、半精磨和精磨加工；步驟二、亞表面損傷檢測：采用定向磨料液體射流在精磨后的平面光學元件表面制作觀測斜面；用氫氟酸溶液蝕刻所述觀測斜面；得出水平面與該觀測斜面之間的夾角值；確定最終裂紋消失時微動平臺移動的總距離；結合最終裂紋消失時微動平臺移動的總距離和水平面與該觀測斜面之間的夾角值計算亞表面裂紋深度值；步驟三、采用與精磨時相同的磨削工藝參數對已檢測完畢的平面光學元件表面進行加工，以去除觀測斜面。本發明中的加工方法加工效率較高、可有效保證工件的表面精度和表面/亞表面質量。

技術領域

本發明涉及精密加工制造領域，尤其涉及的是一種平面光學元件磨削加工方法。

背景技術

平面光學元件（如平面反射鏡、平面標準鏡）是大型光學望遠系統、高能激光核聚變裝置、精密光學測量裝置等高新技術產品的核心部件。美國國家點火裝置采用的192路光束系統中大約需要3000塊尺寸為800mm×460mm×40mm的長方體激光玻璃平面光學元件，其中包括大量的偏振片、釹玻璃片、反射鏡以及脈沖壓縮光柵等。國內的神光III激光核聚變裝置和0902點火工程項目也需要大量的平面光學元件。郭守敬望遠鏡（LAMOST）中的施密特反射鏡由24個長邊尺寸為1100 mm、厚度為25mm的六邊形平面反射鏡組成。隨著光學系統向著大型化、精密化的方向發展，光學系統所需的平面光學元件的數量將會急劇增長，對現有的光學加工能力提出了極大挑戰。

平面光學元件的傳統加工工藝一般分為材料檢測、粗磨成型、精細研磨、預拋光、精密拋光等工序，依靠熟練技師可進行單件小批量生產。其中，磨削工藝作為精密超精密光學制造工藝過程中的一個重要環節，人們希望在磨削階段就能達到或更接近研磨和粗拋光加工表面的目標，實現研拋工序的高精度磨削化。但由于目前國內磨削裝備以及工藝研究水平低下，對平面光學元件的加工機理、工藝以及相應的控制措施等缺乏系統的理解和掌握，磨削后不僅表面面型精度低，而且表面/亞表面損傷深度大。

為了解決激光核聚變裝置中平面光學元件的批量制造難題，國內的長春光機所、成都光電所、成都光學制造中心等單位進行了相關方面的研究。如楊福興將先進制造技術和傳統拋光技術相結合，提出了一種新的工藝方法，即使用 ELID（在線電解）磨削代替傳統的銑磨和初拋工序，然后利用數控拋光將工件拋光至最終的面形精度，最后將連續拋光作為最終加工工序，使加工工件的表面粗糙度和波紋度達到工程要求，整個工藝過程可以一定程度上提高生產效率，并減少邊緣效應。但該方法所采用的ELID（在線電解）磨削技術需要選取微粉砂輪，材料去處率較低，屬于延性方式磨削的一種，其加工效率仍然得不到有效的保障。

因此，如何提高平面光學元件的加工效率并且保證較高的表面精度和表面/亞質量是當前光學精密加工制造領域亟需解決的工程問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種平面光學元件磨削加工方法，該加工方法既可有效保證最終得到的光學元件表面精度和表面及亞表面質量，又很好地兼顧了生產效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種平面光學元件磨削加工方法，包括以下步驟：

步驟一、采用由旋轉工作臺和杯形砂輪組成的進給磨削模式完成工件的粗磨、半精磨和精磨加工；磨削加工時，工件置于旋轉工作臺的中心，并采用真空吸盤吸附裝夾，砂輪旋轉中心相對旋轉工作臺的旋轉中心偏離一段距離，使得砂輪磨料層的邊緣正好經過工件表面的中心位置，磨削過程中，杯形砂輪和旋轉工作臺同時圍繞各自中心軸旋轉，杯形砂輪沿著砂輪旋轉中心并朝向工件表面方向進給；

步驟二、亞表面損傷檢測：

2-1、采用定向磨料液體射流在精磨后的平面光學元件表面制作觀測斜面，所述觀測斜面貫入平面光學元件的深度應當足以暴露亞表面裂紋；

2-2、用氫氟酸溶液蝕刻所述觀測斜面，使得所述平面光學元件沿觀測斜面方向的亞表面裂紋層充分暴露以便觀測；