加工方法及非球面光学元件技术

本申请实施例提供一种加工方法及非球面光学元件，该方法通过等离子体射流对非球面光学元件进行加工，其中，等离子体射流与非球面光学元件间隔预设距离，这种非接触的射流加工方式能够避免在加工过程中引入亚表面损伤，节省了后续去除亚表面损伤的工序及时间。

【技术实现步骤摘要】
加工方法及非球面光学元件
本申请涉及光学加工
，具体而言，涉及一种加工方法及非球面光学元件。
技术介绍
与传统球面光学元件相比，非球面光学元件具有提高系统的相对口径比、扩大视场角、减轻系统构成和重量、消除球差、消除慧差、消除像散等优势，此外还可以简化光路涉及，提高光学系统的光学特性和稳定性，减小光学系统成本，因此在光学领域有着非常广泛的应用。在相关技术中，非球面光学元件的加工是通过砂轮的铣磨加工来实现的，具体是首先在球面铣磨机上加工出一个与非球面轮廓最接近的球面，然后采用非球面数控铣磨机床完成非球面元件的粗磨和精密铣磨成型。在非球面光学元件铣磨成型的过程中，磨削机床的主轴运动偏差、磨削砂轮直径以及砂轮振动所导致的元件与磨削砂轮之间的弹性变形等因素，均会影响待加工元件表面的磨削纹理和面形精度，其中，磨削机床的精度及刚度直接影响着非球面元件的面形精度。经研究发现，通过普通磨削机床加工的非球面光学元件的面形精度PV值约在10μm(微米)以上，同时在传统磨削过程中不可避免地产生亚表面损伤。在非球面元件磨削成型之后还需进行抛光加工，其中，在初抛光过程中需要将非球面光学元件的面形精度由数十微米提高到微米量级的同时去除亚表面损伤，由于抛光加工去除速率相对较小，在抛光阶段修正面形和去除亚表面损伤是一项非常费时且不可预测的过程，导致非球面光学元件的加工周期和成本不可控制。虽然通过超高精度的磨削机床加工的非球面光学元件的面形精度PV值可以达到5μm以下，但超高精度的磨削机床价格昂贵，大大增加了非球面光学元件高精度成型加工的成本。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供一种加工方法及非球面光学元件，用于实现高精度的非球面光学件的快速成型，可以避免由于传统磨削机床的系统精度和刚度不佳导致加工得到的非球面光学元件的面形精度和亚表面损伤问题。为了达到上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供一种加工方法，用于通过等离子体加工装置加工非球面光学元件，所述等离子体加工装置包括气体输送装置和等离子体放电舱，所述方法包括：通过所述气体输送装置将获取到的等离子体气体和反应气体分别输送到所述等离子体放电舱中；在所述等离子体放电舱中对所述等离子体气体和所述反应气体处理，使所述等离子体气体电离产生与待加工的非球面光学元件间隔预设距离的等离子体射流，并通过所述等离子体射流对所述待加工的非球面光学元件进行加工。可选地，所述等离子体放电舱包括中间层石英炬管和内层石英炬管；通过所述气体输送装置将获取到的等离子体气体和反应气体分别输送到所述等离子体放电舱中，包括：控制所述气体输送装置以1-2L/min的流量向所述等离子体放电舱的中间层石英炬管输送等离子体气体；控制所述气体输送装置以30-200mL/min的流量向所述等离子体放电舱的内层石英炬管输送反应气体。可选地，所述方法还包括：通过所述气体输送装置将获取到的冷却气体输送到所述等离子体放电舱中，以对所述等离子体放电舱进行冷却。可选地，所述方法还包括：所述等离子体放电舱包括外层石英炬管；通过所述气体输送装置将获取到的冷却气体输送到所述等离子体放电舱中，包括：控制所述气体输送装置以14-20L/min的流量向所述等离子体放电舱的外层石英炬管输送冷却气体。可选地，所述方法还包括：通过所述气体输送装置将获取到辅助气体输送到所述等离子体放电舱中，以加快所述等离子体放电舱中的等离子体气体的化学反应的去除速率。可选地，通过所述气体输送装置将获取到辅助气体输送到所述等离子体放电舱中，包括：控制所述气体输送装置以5-40mL/min的流量向所述等离子体放电舱的内层石英炬管输送辅助气体。可选地，所述等离子体加工装置还包括射频电源、功率适配器及设置于所述等离子体放电舱中的电感线圈，所述射频电源通过所述功率适配器与所述电感线圈电性连接；在所述等离子体放电舱中对所述等离子体气体和所述反应气体处理，包括：开启所述射频电源，使所述电感线圈在所述等离子体放电舱中产生用于电离所述等离子体气体的电场。可选地，所述等离子体加工装置还包括五轴数控机床，该五轴数控机床包括与所述等离子体放电舱连通的密封加工舱以及设置于所述密封加工舱中的运动工作台，所述方法还包括：通过所述运动工作台承载所述待加工的非球面光学元件；控制所述运动工作台改变所述等离子体射流在所述待加工的非球面光学元件的表面的驻留时长。可选地，所述方法还包括：将所述密封加工舱中的尾气排放至尾气处理系统，并通过所述尾气处理系统对该尾气进行处理。第二方面，本申请实施例还提供一种非球面光学元件，所述非球面光学元件通过本申请实施例提供的加工方法加工获得。相对于现有技术而言，本申请实施例具有以下有益效果：本申请实施例提供的一种加工方法及非球面光学元件，用于实现对非球面光学元件的高精度快速加工，能够避免传统磨削机床带来的亚表面损伤问题，利用非接触式等离子体射流的高化学反应去除特性确保在加工过程中无亚表面损伤引入，节省了后续去除亚表面损伤的工序及时间。进一步地，通过小工具数控，提高了非球面光学元件的面形精度，极大地减少了后续抛光的材料去除量以及减少了后续抛光的加工对面形精度的修正时间，能够缩短非球面光学元件的加工周期和降低加工成本。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的一种等离子体加工装置的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种加工方法的流程示意图；图3为本申请实施例提供的又一种等离子体加工装置的结构示意图；图4为图2所示步骤S21的子步骤示意图；图5为本申请实施例提供的加工方法的又一流程示意图。图标：100-等离子体加工装置；110-气体输送装置；115-质量流量控制器；111-第一管路；112-第二管路；113-第三管路；114-第四管路；120-等离子体放电舱；121-内层石英炬管；122-中间层石英炬管；123-外层石英炬管；1211、1221、1231-进气口；131-第一气体提供装置；132-第二气体提供装置；133-第三气体提供装置；134-第四气体提供装置；140-射频电源；150-功率匹配器；160-电感线圈；171-密封加工舱；1711-尾气排放口；172-运动工作台；173-夹盘；174-控制系统；180-尾气处理系统；200-待加工的非球面光学元件。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加工方法，其特征在于，用于通过等离子体加工装置加工非球面光学元件，所述等离子体加工装置包括气体输送装置和等离子体放电舱，所述方法包括：通过所述气体输送装置将获取到的等离子体气体和反应气体分别输送到所述等离子体放电舱中；在所述等离子体放电舱中对所述等离子体气体和所述反应气体处理，使所述等离子体气体电离产生与待加工的非球面光学元件间隔预设距离的等离子体射流，并通过所述等离子体射流对所述待加工的非球面光学元件进行加工。

【技术特征摘要】
1.一种加工方法，其特征在于，用于通过等离子体加工装置加工非球面光学元件，所述等离子体加工装置包括气体输送装置和等离子体放电舱，所述方法包括：通过所述气体输送装置将获取到的等离子体气体和反应气体分别输送到所述等离子体放电舱中；在所述等离子体放电舱中对所述等离子体气体和所述反应气体处理，使所述等离子体气体电离产生与待加工的非球面光学元件间隔预设距离的等离子体射流，并通过所述等离子体射流对所述待加工的非球面光学元件进行加工。2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述等离子体放电舱包括中间层石英炬管和内层石英炬管；通过所述气体输送装置将获取到的等离子体气体和反应气体分别输送到所述等离子体放电舱中，包括：控制所述气体输送装置以1-2L/min的流量向所述等离子体放电舱的中间层石英炬管输送等离子体气体；控制所述气体输送装置以30-200mL/min的流量向所述等离子体放电舱的内层石英炬管输送反应气体。3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述方法还包括：通过所述气体输送装置将获取到的冷却气体输送到所述等离子体放电舱中，以对所述等离子体放电舱进行冷却。4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述等离子体放电舱包括外层石英炬管；通过所述气体输送装置将获取到的冷却气体输送到所述等离子体放电舱中，包括：控制所述气体输送装置以14-20L/min的流量向所述等离子体放电舱的外层石英炬管输送冷却气体。5.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：金会良，许乔，李亚国，欧阳升，王度，袁志刚，刘志超，耿锋，王健，张清华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51