[發(fā)明專利]基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011267698.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112428026B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田野;石峰;周光奇;宋辭;鐵貴鵬;周港
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發(fā)明公開了一種基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法，本發(fā)明根據(jù)面形測量結(jié)果確定加工誤差解算各個網(wǎng)格的目標(biāo)束徑和駐留時間，并通過光學(xué)加工系統(tǒng)依次對被加工元件的各個網(wǎng)格基于目標(biāo)束徑和駐留時間進(jìn)行修形，從而實現(xiàn)了定時、定束徑地引出離子束進(jìn)行加工，避免了傳統(tǒng)離子束單次加工時，以單個頻段對整個面形進(jìn)行濺射去除，帶來的截止頻率下的殘差和機(jī)床動態(tài)性能未能達(dá)到理想條件引起的駐留時間誤差等，不僅達(dá)到了高精度修調(diào)的目的，同時也提高了加工的效率，有利于提高加工精度，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)的成本。具有高精度和效率兼?zhèn)?、可操作性?qiáng)、經(jīng)濟(jì)實用性強(qiáng)、工藝流程簡單等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離子束超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)對元件精度及加工效率提出了越來越高的要求，同時在工程實踐中高精度光學(xué)元件的需求不斷增加，這意味著先進(jìn)光學(xué)零件制造設(shè)備及工藝面臨著高效加工挑戰(zhàn)。離子束修形技術(shù)作為一種高確定性修形方法，利用高速Ar⁺轟擊元件表面以實現(xiàn)原子量級的去除，通過控制駐留時間長短控制元件表面材料去除量，可以在原理上實現(xiàn)亞納米精度的加工，滿足大部分光學(xué)元件的精度要求。雖然無論在理論上還是工程實踐的經(jīng)驗表明，離子束加工方法比傳統(tǒng)手工拋光和基于計算機(jī)控制光學(xué)表面技術(shù)(Computer Controlled Optical Surfacing,CCOS)方法的確定性拋光技術(shù)的修形精度更高，但是當(dāng)前離子束由于去除效率低，在加工效率方面，仍然有很大的提高空間。

目前，離子束加工時由于束徑不可調(diào)，且離子入射能量保持不變。使單次迭代時只能去除部分低頻誤差，元件面形難以有效收斂。以中口徑光學(xué)元件(以400mm×300mm柱面單晶硅鏡為例)加工中，單次加工時間便可達(dá)20h，多次迭代加工使低頻誤差去除后，面形收斂率低下，還要更換束徑更小光闌以減小束徑，更換高頻去除函數(shù)，進(jìn)行高頻誤差去除，完整加工周期以月為單位計算。當(dāng)面形表面高頻誤差較多時，這樣會使過多的駐留時間浪費在高頻誤差上，極大降低了加工效率。

當(dāng)前對中高頻段誤去除基本采用更換光闌的方式改變離子束加工的束徑，每次加工準(zhǔn)備周期長，這樣使得對高頻誤差去除效率大大降低。且在對高頻誤差的去除時，要求機(jī)床要有足夠的動態(tài)性能，使得駐留時間準(zhǔn)確實現(xiàn)，否者不能去除中高頻誤差，甚至?xí)沟妹嫘巫儾睢?/p>

根據(jù)離子源濺射理論及現(xiàn)有的去除函數(shù)模型，在單次加工時，依據(jù)面形的誤差頻段，利用柵網(wǎng)的脈沖電壓調(diào)節(jié)不同束徑，對面形的全頻段誤差實行加工去除，可以提高離子束加工效率，通過改變屏柵電壓改變?nèi)コ瘮?shù)束徑，可以極大減少更換光闌，并重新進(jìn)行全頻段誤差加工時間。

由上可知，現(xiàn)有直流離子源加工模式存在如下缺點：(1)對多頻段誤差去除效率低，不能滿足光學(xué)元件生產(chǎn)需求；(2)機(jī)床的動態(tài)特性難以達(dá)到理想條件，駐留時間產(chǎn)生誤差，引起誤差殘留，甚至引入額外誤差。(3)加工過程中離子束持續(xù)引出，對整個面形進(jìn)行濺射去除，影響面形收斂。以上缺點造成了離子束加工系統(tǒng)在使用中無法對誤差高度進(jìn)行有效去除，而且不易于去除量的精密控制，從而影響了離子束加工質(zhì)量，增加了迭代加工過程，更換光闌浪費大量時間，影響加工效率。因此，提出一種基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法，已經(jīng)成為本領(lǐng)域人員一項亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法，本發(fā)明實現(xiàn)了定時、定束徑地引出離子束進(jìn)行加工，避免了傳統(tǒng)離子束單次加工時，以單個頻段對整個面形進(jìn)行濺射去除，帶來的截止頻率下的殘差和機(jī)床動態(tài)性能未能達(dá)到理想條件引起的駐留時間誤差等，不僅達(dá)到了高精度修調(diào)的目的，同時也提高了加工的效率，有利于提高加工精度，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)的成本。具有高精度和效率兼?zhèn)?、可操作性?qiáng)、經(jīng)濟(jì)實用性強(qiáng)、工藝流程簡單等優(yōu)點。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于面形誤差頻段的脈沖控制可調(diào)束徑的離子束加工方法，包括：