專利名稱：基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種研磨、拋光機(jī)構(gòu)，該裝置適用于非球面光學(xué)元件的高效加工。
背景技術(shù)：
非球面光學(xué)元件具有矯正多種像差，改善成像質(zhì)量，簡化光學(xué)系統(tǒng)并擴(kuò)大視場等諸多優(yōu)點(diǎn)，在軍用和民用領(lǐng)域眾多的光電產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用。但非球面光學(xué)元件的加エ仍然存在設(shè)備昂貴、精度低、效率低下的等題，嚴(yán)重制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和科研項(xiàng)目的發(fā)展。小磨頭拋光技術(shù)是針對非球面的加工困難提出的ー種定量拋光技木。由于其加工的確定性和廣泛性，目前該技術(shù)已成為各大光學(xué)加工車間主要的加工手段。小磨頭的優(yōu)點(diǎn)是基于高斯型的去除函數(shù)，容易實(shí)現(xiàn)定量控制，且有小的邊緣效應(yīng)。但其主要缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生中高頻誤差、加工效率低且相關(guān)設(shè)備昂貴?；诖竽ヮ^的拋光技術(shù)，是顯著提高非球面加工效率的有效方式。目前主要的大磨頭技術(shù)包括應(yīng)カ盤技術(shù)和應(yīng)力鏡技術(shù)，其中應(yīng)カ鏡技術(shù)采用球面整面拋光方法，具有更優(yōu)的加工效率，但由于其弾性力學(xué)原理，改技術(shù)只能用于超薄反射鏡的加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種基于熱加速腐蝕的研拋方法，主要解決了現(xiàn)有光學(xué)元件，尤其是非球面光學(xué)元件加工時成本較高，加工效率較低的問題。本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案是該基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，包括以下步驟I]確定加工的目標(biāo)形狀；2]根據(jù)確定的目標(biāo)形狀和被加工エ件形狀確定被加工エ件表面各點(diǎn)需要去除的量;3]根據(jù)步驟2中確定被加工エ件表面各點(diǎn)需要去除的量，設(shè)定被加工エ件上各點(diǎn)腐蝕液的溫度及腐蝕液需駐留時間；4]通過與被加工エ件相匹配的腐蝕液，依據(jù)步驟3中設(shè)定的被加工エ件上各點(diǎn)腐蝕液的溫度及腐蝕液需駐留時間對被加工エ件進(jìn)行腐蝕加工，腐蝕至步驟I中確定的加工形狀。過程中可能需要多次迭代，最終收斂至一定精度范圍內(nèi)。上述步驟4過程中，還需對被加工エ件表面進(jìn)行輔助機(jī)械拋光，以平滑腐蝕表面，具體可采用傳統(tǒng)拋光盤拋光或氣囊式機(jī)械拋光。上述步驟4中腐蝕加工具體是根據(jù)各點(diǎn)腐蝕液的溫度建立溫度場進(jìn)行加工，確保生成需要的平衡溫度場，將被加工エ件浸泡在溫度場腐蝕液中完成，溫度場采用電熱絲生成，亦可以采用微波式或投影式輻射生成；或采用恒溫腐蝕液，通過調(diào)整腐蝕時間來完成對被加工エ件表面不同點(diǎn)的腐蝕加工。上述步驟4中，腐蝕加工是在密閉環(huán)境中進(jìn)行，避免了腐蝕液對加工者的影響。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I、效率更高。腐蝕液的引入及溫度控制變量的引入，大幅提高了材料去除能力，可以實(shí)現(xiàn)非球面的銑磨。2、成本低廉。目前常用的CC0S、磁流變、離子束等設(shè)備價(jià)格昂貴。而該發(fā)明僅是常規(guī)的溫度控制，把復(fù)雜精確的軌跡控制轉(zhuǎn)化為相對低廉的溫度控制。所需設(shè)備且商業(yè)可獲得，不需要定制。



圖I為實(shí)施例I原理示意圖；圖2為實(shí)施例2原理示意圖；圖3為實(shí)施例3原理示意圖。
具體實(shí)施例方式以下給出三種實(shí)施例來說明本發(fā)明的加工方法。實(shí)施例I :如圖I所示基于熱加速腐蝕的射流研拋方法其中1為6軸エ業(yè)機(jī)器人，2為噴嘴，3為被加工件，4為密閉室，5為儲液裝置，6為過濾器，7為エ業(yè)機(jī)器人控制器，8為エ業(yè)PC，9為溫度控制器，10為加熱裝置，11為泵。參照圖1，基于熱加速腐蝕的射流研拋方法采用將被加工件倒置并連至固定裝置上，固定裝置一側(cè)設(shè)置被加工件，另ー側(cè)與旋轉(zhuǎn)主軸固定連接；腐蝕液可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)循環(huán)利用，在儲液裝置中倒入與被加工件適配的腐蝕液，經(jīng)過過濾器、加熱裝置和泵后，通過噴嘴作用在被加工エ件上，然后腐蝕液夾雜被腐蝕掉的エ件材料重新落入到儲液裝置中。噴嘴的運(yùn)動控制是通過エ業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)的。由于本發(fā)明的核心就是利用腐蝕液，因此應(yīng)注意腐蝕液對其它部件的影響，包括エ業(yè)機(jī)器人、儲液裝置、管道等都要進(jìn)行防腐蝕處理。另外應(yīng)小心腐蝕液對加工者的影響，因此加工過程中，應(yīng)使用密閉室來進(jìn)行隔絕。在進(jìn)行光學(xué)加工時，根據(jù)被加工元件的輪廓，計(jì)算出運(yùn)動軌跡上各點(diǎn)的溫度與駐留時間；然后生成機(jī)器人控制指令，對反射鏡進(jìn)行循環(huán)輪廓檢測和磨料腐蝕液的射流研拋，直至面型精度RMS達(dá)到\ /10，再過渡到常規(guī)的磨料水射流，循環(huán)往復(fù)直至面型精度達(dá)到加工要求；同時，為了實(shí)現(xiàn)射流噴射到光學(xué)元件的溫度恒定，要求腐蝕液流速恒定，且噴嘴到エ件表面的距離恒定；加工工程中光學(xué)元件固定不動，通過控制噴嘴的運(yùn)動(要求五軸聯(lián)動)對光學(xué)元件按事先規(guī)劃的軌跡進(jìn)行加工，通過控制腐蝕液的溫度，及任一點(diǎn)的駐留時間，完成元件表面定量的材料去除；當(dāng)被加工光學(xué)エ件腐蝕研拋達(dá)到一定精度后，過渡到常規(guī)的磨料水射流拋光，實(shí)現(xiàn)最終的面型和光滑表面。本實(shí)施方案克服了傳統(tǒng)磨料水射流的缺陷，把化學(xué)腐蝕原理引入到射流光學(xué)加工中，并增加溫度控制變量對化學(xué)腐蝕進(jìn)行加速，實(shí)現(xiàn)高效的小磨頭環(huán)帶修拋；為了實(shí)現(xiàn)光滑的被加工表面，具體エ藝實(shí)施過程中，可將腐蝕射流逐漸過渡到磨料水射流。實(shí)施例2 如圖2所示基于控制腐蝕的氣囊式研拋方法其中I氣囊式拋光頭，2腐蝕液槽，3溫控單片機(jī)，4計(jì)算機(jī)，5被加工エ件，6氣泵。參照圖2，基于控制腐蝕的氣囊式研拋方法采用氣囊式拋光頭，，安裝在單軸機(jī)上的腐蝕液槽、溫控單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、被加工エ件和氣泵組成。針對被加工エ件不同的尺寸與形狀，選擇相應(yīng)的氣囊，安裝在拋光頭上，開動氣泵至所需壓力，使氣囊與エ件接觸良好。在腐蝕液槽中倒入與被加工エ件材料相匹配的腐蝕液。在氣囊的內(nèi)表面分布環(huán)形電熱絲，外表面布置特殊形狀拋光皮；在氣囊式拋光頭中引入電熱絲實(shí)現(xiàn)所需的溫度場，一次實(shí)現(xiàn)小口徑非球面反射鏡的整體材料去除；同時，機(jī)械拋光為氣囊式，工具與エ件面型可以很好貼合，且采用條形拋光皮，可以獲得エ件表面材料的均勻去除。在溫度場計(jì)算基礎(chǔ)上，對電熱絲進(jìn)行加熱與保持，確保生成穩(wěn)定的環(huán)帶溫度場，該部分功能主要是通過溫控單片機(jī)完成的。エ業(yè)計(jì)算機(jī)提供面向加工者的操作界面，可以方便對溫度場的計(jì)算及實(shí)時跟蹤與控制。エ件置于腐蝕液槽中，安裝固定好，エ件和腐蝕液槽隨單軸機(jī)轉(zhuǎn)動。氣囊式拋光頭安裝在單軸機(jī)擺架上。在腐蝕液槽中倒入與被加工エ件相匹配的腐蝕液。應(yīng)注意倒入腐蝕液容量，因?yàn)閱屋S機(jī)主軸轉(zhuǎn)動過程中，腐蝕液在離心カ作用下會向周邊聚集，應(yīng)確保腐蝕液槽中間的腐蝕液能覆蓋被加工エ件。開動氣泵至一定壓カ，使氣囊與エ件接觸良好，啟動電 機(jī)1-2。依據(jù)エ件的面型誤差，計(jì)算出固定時間內(nèi)所需的溫度場分布，通過溫控單片機(jī)對電熱絲進(jìn)行溫度施加。如此溫度平衡一段時間后，放出腐蝕液(可過濾循環(huán)使用)，清洗并取下エ件，可以進(jìn)行面型檢測。根據(jù)溫度分析結(jié)果，在氣囊內(nèi)表面分布4條環(huán)形電熱絲(根據(jù)誤差狀況，可更多)，在氣囊的外表面貼上特殊形狀拋光皮，實(shí)現(xiàn)腐蝕表面的機(jī)械輔助平滑。本實(shí)施方案通過電熱絲在氣囊拋光頭上施加溫度場，可以實(shí)現(xiàn)小ロ徑光學(xué)元件的高效腐蝕加工。采用氣囊式的機(jī)械輔助使得拋光盤與被加工エ件更好貼合，可用于加工對稱型的非球面。實(shí)施例3 如圖3所示基于輻射溫度場加速腐蝕的研拋方法其中1溫度場生成設(shè)備，2控制器，3計(jì)算機(jī)，4透明磨具，5被加工エ件，6腐蝕液儲液槽，7密閉環(huán)境。參照圖3，承載機(jī)構(gòu)使被加工元件全部浸泡在腐蝕液儲液槽內(nèi)，承載機(jī)構(gòu)上還設(shè)置有透明磨具，拋光模為透明材質(zhì)，與被加工エ件尺寸相當(dāng)；溫度場生成設(shè)備與控制機(jī)構(gòu)連接；承載機(jī)構(gòu)和腐蝕液儲液槽均固定設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸上。通過溫度場生成設(shè)備實(shí)施確定的溫度分布輻射；通過控制密閉環(huán)境7實(shí)現(xiàn)需要的平衡溫度場，在腐蝕液中エ件將實(shí)現(xiàn)不同環(huán)帶的材料去除；透明磨具與エ件軸相對轉(zhuǎn)動及輕微擺動實(shí)現(xiàn)表面平滑，從而獲得高質(zhì)量的面型表面。被加工エ件置于腐蝕液儲液槽中，安裝固定好，被加工エ件和腐蝕液儲液槽隨單軸機(jī)主軸轉(zhuǎn)動，透明磨具具置于被加工エ件上，由于要求磨具能透過輻射光線，要求磨具為透明材料。在腐蝕液儲液槽中倒入與被加工エ件相匹配的腐蝕液。應(yīng)注意倒入腐蝕液容量，因?yàn)閱屋S機(jī)主軸轉(zhuǎn)動過程中，腐蝕液在離心力作用下會向周邊聚集，應(yīng)確保槽中間的腐蝕液能覆蓋被加工エ件。依據(jù)エ件的面型誤差，計(jì)算出固定時間內(nèi)所需的溫度場分布，通過溫度場生成設(shè)備來進(jìn)行施加，確保生成需要的平衡溫度場。如此一段時間后，倒出腐蝕液(可過濾循環(huán)使用)，清洗并取下エ件，可以進(jìn)行面型檢測。本實(shí)施方案通過輻射(微波或投影)實(shí)現(xiàn)所需要的溫度場，因此可進(jìn)行大口徑光學(xué)元件的腐蝕研拋 。使用傳統(tǒng)拋光盤擠壓實(shí)現(xiàn)腐蝕表面的平滑。
權(quán)利要求
1.ー種基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，其特征在于，包括以下步驟 1]確定加工的目標(biāo)形狀； 2]根據(jù)確定的目標(biāo)形狀和被加工エ件形狀確定被加工エ件表面各點(diǎn)需要去除的量； 3]根據(jù)步驟2中確定被加工エ件表面各點(diǎn)需要去除的量，設(shè)定被加工エ件上各點(diǎn)腐蝕液的溫度及腐蝕液需駐留時間； 4]通過與被加工エ件相匹配的腐蝕液，依據(jù)步驟3中設(shè)定的被加工エ件上各點(diǎn)腐蝕液的溫度及腐蝕液需駐留時間對被加工エ件進(jìn)行腐蝕加工，腐蝕至步驟I中確定的加工形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，其特征在于所述步驟4進(jìn)行中，同時對被加工エ件表面進(jìn)行機(jī)械輔助拋光，實(shí)現(xiàn)腐蝕表面的光滑；所述拋光是米用傳統(tǒng)拋光盤拋光或氣囊式機(jī)械拋光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，其特征在于所述步驟4中腐蝕加工具體是根據(jù)各點(diǎn)腐蝕液的溫度建立溫度場進(jìn)行加工，確保生成需要的平衡溫度場，將被加工エ件浸泡在溫度場腐蝕液中完成，溫度場采用電熱絲、微波式或投影式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，其特征在于所述步驟4中腐蝕加工具體是采用恒溫腐蝕液，通過調(diào)整腐蝕液對被加工エ件表面不同點(diǎn)的腐蝕時間來完成腐蝕加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一所述的熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，其特征在于所述步驟4中，腐蝕加工是在密閉環(huán)境中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于熱加速腐蝕的研拋方法，主要解決了現(xiàn)有光學(xué)元件，尤其是非球面光學(xué)元件加工時成本較高，加工效率較低的問題。該基于熱加速腐蝕的光學(xué)元件加工方法，包括以下步驟1、確定加工的目標(biāo)形狀；2、根據(jù)確定的目標(biāo)形狀和被加工工件形狀確定被加工工件表面各點(diǎn)需要去除的量；3、根據(jù)步驟2中確定被加工工件表面各點(diǎn)需要去除的量，設(shè)定被加工工件上各點(diǎn)腐蝕液的溫度及腐蝕液需駐留時間；4、腐蝕至步驟1中確定的加工形狀。本發(fā)明效率高、成本低廉。
文檔編號C23F1/08GK102828185SQ201210292350
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者馬臻, 許亮, 丁蛟騰, 陳欽芳 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所