一种大口径异形平面加工方法技术

本发明专利技术公开了一种大口径异形平面加工方法，包括如下步骤：成型加工、研磨、粗抛光、环抛机抛光、抛光精修；将毛胚切割成型、成型加工达到设计外形尺寸精度要求，采用激光跟踪仪或者三坐标进行外形尺寸、面形检测；研磨采用传统方法或者数控小工具(或机器人)加工，采用激光跟踪仪或者三坐标进行面形检测；利用面形检测设备对光学镜面进行检测，根据镜面实际加工难易程度及工期需要，抛光精修可通过数控小工具(包括磁流变或离子束)进一步提升镜面面形质量，最后终检镜面质量等要求达到设计要求。本发明专利技术提供了一种大口径异形平面镜加工工艺的新方法，为更大的大口径异形平面镜光学元件加工工艺奠定基础，具有重大的实际工程应用价值。

A method of machining large diameter and irregular plane

The invention discloses a large diameter profile plane processing method, which comprises the following steps: processing, grinding, polishing, polishing machine rough polishing, polishing finishing; the blank cutting molding, molding process and meet the requirements of the design dimension precision, by using a laser tracker or three coordinate dimensions, the grinding surface detection; the traditional method of NC or gadget (or robot) processing, by using a laser tracker or three coordinate surface shape detection; using surface detection equipment to detect the optical mirror mirror, according to the actual processing difficulty and construction period, finishing by CNC polishing tools (including magnetorheological or ion beam) to further enhance the quality of the mirror surface finally, the final inspection mirror quality requirements to meet the design requirements. The invention provides a new method for processing technology of large diameter special-shaped flat mirror, which lays a foundation for the processing technology of larger diameter special-shaped plane mirror optical elements, and has great practical engineering application value.

【技术实现步骤摘要】
一种大口径异形平面加工方法
本专利技术涉及平面加工的
，具体涉及一种大口径异形平面加工方法。
技术介绍
高功率巨型激光装置常采用大量高精度大口径和超大口径的平面光学元件，大口径高精度的平面光学元件，在所有激光设备，需要大量的高精度、大口径的光学元件，包括不规则形状的异形光学元件。连续慢速环形抛光机简称环抛机(ContinuousPolishingMachine)，它是一个重要的平面抛光技术，主要对异型、超薄平面镜窗口更突显其加工优势，环抛机抛光加工过程是复杂的，受多种因素影响。环抛机抛光简称环抛：环抛是一种能够实现较高面形精度与较好表面粗糙度的抛光方法，广泛应用于各种光学抛光领域。随着抛光技术的不断发展，出现了很多新工艺、新方法，如磁流变抛光技术、离子束抛光技术、激光抛光技术等新型高精密的抛光技术。目前国内外研究光学元件大口径平面镜的加工技术主要有传统古典法大盘加工、连续环抛机抛光、CCOS、在线电解磨削、磁流变抛光、离子束抛光、射流抛光、单点金刚石飞切光学平面等。就国内而言，加工高精度大口径平面镜，尤其是较大口径的平面镜，加工水平仍是相对薄弱的，受限于加工与检测设备等条件。经过成型、研磨和初抛工序后，一般都采用环抛机抛光，环抛或者环抛与数控的组合加工来完成最终的精密抛光。一直以来环抛工序始终是大口径平面光学元件冷加工流程线中的瓶颈，其制造成本和工时均占整个制造流程的一半以上，加工结果基本决定了光学元件的质量，因而环抛机抛光工序成为大口径平面光学元件生产流程线的关键工序。目前国内大型环抛机的加工控制手段比较落后，主要表现在设备可调节和控制的参数比较少，设备调节参数与生产质量之间的关系不够明确。环抛机抛光的抛光模为环形，抛光盘、修正盘及工件盘沿同一方向旋转，修正盘在抛光模上进行实时平整修正抛光模的面形，工件在环状抛光模上做自由浮动式抛光，工件受到连续的均匀的抛光模的抛光作用，从而得到极低表面粗糙度和较高面形精度，近年来随着光学元件口径的不断增大，出现了米级尺寸的大口径元件，这类元件尺寸大、加工指标要求高、元件产量需求大、对加工工艺提出了极高的要求，而环抛机抛光技术，仍然是目前工程生产中大口径元件的主要加工手段，然而目前的环抛机抛光工艺主要适用于中小口径光学元件的加工，对于大口径反射元件的加工工艺涉及较少，而元件口径的增大对应的加工工艺与检测并非小口径元件工艺与检测的简单复制，出现了大口径元件加工与检测时所特有的新现象、新难点。一般口径超过毫米的平面镜加工可以采用毛胚→粗磨成型→小工具研磨或者古典法大盘研磨→小工具抛光或者古典法大盘粗抛光→环抛机抛光→磁流变加工或者离子束加工或者小工具与环抛机相结合抛光精修→镀膜，从而实现大口径异形平面镜加工工艺的方法。研究大口径异形平面加工工艺与检测的相关方法成为大口径异形平面光学加工的难点和热点。
技术实现思路
在加工异形平面反射镜时，容易产生象散、边缘部分产生塌边，这样严重的影响了整个面形的精度。有的时候为了取得一个好面形，不得不改变镜面形状。针对这种情况，我们连续抛光机上结合异形镜的特点，摸索了一套加工工艺技术，并在抛光机的工艺结构上做了有效的改进。保持校正盘和工件的同步转动，是实现平面连续均匀磨削的工艺关键。为此，完善各项工艺因素是取得一个高精度面形的重点。鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种光学大口径异形平面镜加工方法，本文主要涉及连续环抛机抛光工艺方法部分。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种大口径异形平面加工方法，包括如下步骤：步骤1)、将毛胚切割成型、成型加工，采用激光跟踪仪或者三坐标进行外形尺寸面形、检测，达到设计外形尺寸要求；步骤2)、研磨：使用传统方法或者数控小工具(或机器人)加工，磨料颗粒由粗到细研磨，采用激光跟踪仪或者三坐标进行面形检测；步骤3)、粗抛光：抛光(前期)采用传统方法或者数控小工具(或机器人)加工工艺方法，使用传统方法或者数控小工具加工，抛亮并控制镜面面形，保证粗抛光面形精度能满足干涉仪进行干涉检测；步骤4)、环抛机抛光：后期抛光采用环抛机抛光：即连续抛光工艺方法，包括沥青抛光盘配制、抛光盘浇铸与初成型、抛光盘的修磨、校正板、分离器、配重等工艺因素；步骤5)、抛光精修：根据镜面面形质量、实际加工难度及工期要求，可以转入数控小工具例如磁流变加工或者离子束加工，最后可使用环抛机进行平滑抛光加工，采用干涉仪进行反复检测，面形质量达到镜面设计要求。进一步的，所述大口径异形平面镜是指口径为200-2000mm，厚度为5-300mm。进一步的，所述步骤4)连续抛光工艺方法中：所使用分离器。为保证得到较好的面形精度，我们设计制作了分离器，它的外径不超过胶盘口径的五分之二，分离器内环是类同工件形状，大小按照工件形状整体扩大适量(例如2-35mm)，在内环壁加保护胶垫。进一步的，根据工件形状选择不同的分离器：如果工件形状是圆形，分离器的内环也是圆形，即选择一般的经典分离器，内环大小只要能将工件放进分离器内环内便可；如果工件形状是椭圆形，分离器的内环也是椭圆形，即选择的分离器改进1型；如果工件形状是多边形，分离器的内环也是多边形，即选择的分离器改进2型。如果工件形状是多边形，分离器的内环也是多边形，为了尽量减小长轴与短轴方向不均匀磨削和保护工件边角避免崩边，尽量避免工件容易产生象散、边缘部分产生塌边的现象，分离器内环在分离器改进2型再做如下改进，将分离器每个边缘角做半径为R倒角，即选择分离器改进3型。环抛机加工工艺方法具有的特点：1)工件以复合轨迹运动，具有均化的抛光效果；2)压力可以自由外加，便于面形修正；3)加工过程中工件浮动，没有胶结及其他夹持变形，可以避免在上盘过程中的加热损坏工件，又不存在工件下盘后的变形问题；转速慢，工件热变形小。由于以上特点，环抛技术在大口径、高精度平面光学元件的制造中占据非常重要的地位。本专利技术具有以下优点：1)、沥青多次过滤将镜面光洁度等级进一步提高；2)、异形工件分离器改进解决加工异形镜时易产生面形凸变、边缘塌边等现象。3)、沥青抛光盘制作加入聚四氟乙烯微粉，增强了抛光胶的弹性和耐磨性；4)、配重金属板使用柔性保护，降低安全风险，压力分布更均匀，增加配重柱，提高加工效率。附图说明图1为本专利技术实施例中大口径异形平面镜加工工艺方法流程图；图2为本专利技术实施例中连续环形抛光抛光盘、校正盘、工件位置关系图；图3为本专利技术实施例中连续环形抛光分离器(即工件盘或者套圈)图；图4为本专利技术实施例中椭圆形780×555mm厚130mm熔石英轻质某项目平面三反镜抛光终检结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。参考图1，一种大口径异形平面加工方法，主要包括如下步骤：步骤1)、将毛胚切割成型、成型加工，采用激光跟踪仪或者三坐标进行外形尺寸、面形检测，达到设计外形尺寸；步骤2)、研磨：使用传统方法或者数控小工具(或机器人)加工，磨料颗粒由粗到细研磨，采用激光跟踪仪或者三坐标进行面形检测；步骤3)、粗抛光：抛光(前期)采用传统方法或者数控小工具(或机器人)加工工艺方法，使用传统方法或者数控小工具加工，抛亮并控制镜面面形，保证粗抛光最终面形精度满足干涉仪进行干涉检测；步骤4)、环抛机抛光：抛光(后期)、精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径异形平面加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、将毛胚切割成型、成型加工，采用激光跟踪仪或者三坐标进行外形尺寸检测满足所设计外形尺寸；步骤2)、研磨：使用传统方法或者数控小工具或机器人加工，磨料颗粒由粗到细研磨，采用激光跟踪仪或者三坐标进行面形检测；步骤3)、粗抛光：前期抛光通常采用传统方法或者数控小工具或机器人加工工艺方法，抛亮并控制镜面面形，保证粗抛光面形精度能满足干涉仪进行干涉检测；步骤4)、环抛机抛光：后期抛光采用环抛机抛光：即是连续抛光工艺方法，包括沥青抛光盘配制、抛光盘浇铸与初成型、抛光盘的修磨、校正板、分离器、配重工艺因素；步骤5)、抛光精修：根据镜面面形质量、实际加工难度及工期要求，可以转入数控小工具加工，数控小工具包括磁流变或者离子束，最后可使用环抛机进行平滑加工，采用干涉仪进行反复检测，镜面面形质量达到镜面设计要求。

【技术特征摘要】
1.一种大口径异形平面加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、将毛胚切割成型、成型加工，采用激光跟踪仪或者三坐标进行外形尺寸检测满足所设计外形尺寸；步骤2)、研磨：使用传统方法或者数控小工具或机器人加工，磨料颗粒由粗到细研磨，采用激光跟踪仪或者三坐标进行面形检测；步骤3)、粗抛光：前期抛光通常采用传统方法或者数控小工具或机器人加工工艺方法，抛亮并控制镜面面形，保证粗抛光面形精度能满足干涉仪进行干涉检测；步骤4)、环抛机抛光：后期抛光采用环抛机抛光：即是连续抛光工艺方法，包括沥青抛光盘配制、抛光盘浇铸与初成型、抛光盘的修磨、校正板、分离器、配重工艺因素；步骤5)、抛光精修：根据镜面面形质量、实际加工难度及工期要求，可以转入数控小工具加工，数控小工具包括磁流变或者离子束，最后可使用环抛机进行平滑加工，采用干涉仪进行反复检测，镜面面形质量达到镜面设计要求。2.根据权利要求1所述的一种大口径异形平面加工方法，其特征在于，所述大口径异形平面镜是指对角线口径为200-2000mm，厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓彬，耿彦生，王加金，万勇健，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51