一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统。其中，方法包括根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数计算驻留时间函数，以确定第一加工路径；根据第一加工路径对其进行抛光加工，直至其波前PV值不大于预设PV阈值；然后根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数计算匀滑驻留时间函数，以确定第二加工路径；根据第二加工路径进行二次抛光加工，直至其RMS值不大于预设GRMS阈值；最后基于匀滑抛光工艺确定伪随机式加工路径，根据伪随机式加工路径进行三次抛光加工，直至其波前PSD1 RMS值、面形PSD2 RMS值和表面粗糙度RMS值均达到合格值，完成元件加工。本申请实现了光学玻璃元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统
本专利技术实施例涉及光学精密加工领域，特别是涉及一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统。
技术介绍
随着激光技术的快速发展，基于激光技术制备的各类激光系统应用在各行各业，例如，激光扫平仪运用于农业机械进行平地，运用于公路桥梁建设进行桥梁检测，用于建筑行业进行水平面标高。对于高功率激光系统，为了确保系统正常稳定高精度工作，需要严格控制传输光束的空间调制。光学玻璃制备的各类光学元件，一般在激光系统中用于传输光束和转换光束的方向，光学玻璃元件加工的精度对整个激光光学系统的稳定性具有很大的影响。例如大口径平面反射镜在ICF激光装置中起光束传输和方向转换作用，工作于基频段，分别在靶场的不同位置和不同角度下使用，具有外形尺寸大、加工难度高、需求数量多等特点。根据调制波长或空间调制，可将波前误差划分为低频段波前误差(L>33mm，L为波前误差空间长度)、中频段波前误差(33mm>L>0.12mm)和高频段波前误差(L<0.12m)。光学元件的高频段波前误差会引起部分光的散射，从而导致激光能量的损失；中频段波前误差会引起较大的强度峰值，对光学元件造成破损，同时，中频表面不规则度产生的小角度散射会加宽中心亮度，将极大地降低光学系统的分辨率；低频段波前误差会引起激光光束的偏离，降低会聚光束的能量并影响激光光斑的形状，从而影响高功率激光系统的正常工作。可见，严格控制光学元件表面的全频段波前误差，实现全频段指标(低频的峰谷值(peak-valleyvalue，PV)和波前梯度均方根值(GradientRoot-meanSquare，GRMS)、中频的功率谱密度均方根值(powerspectraldensityRoot-meanSquare，PSDRMS)和高频的表面粗糙度均方根值(Root-meanSquare，RMS))合格加工，对整个光学系统至关重要。在现有技术中，光学玻璃元件的全频段指标加工方法为基于磁流变抛光与环形抛光相结合的加工方法，该加工方法通过结合子孔径抛光的确定性和全口径抛光的匀滑特性，首先利用磁流变抛光技术实现低频指标的合格加工，然后转入环形抛光进行保形抛光，在不破坏低频面形的前提下，实现中高频误差的修正抛光，最终实现全频段指标合格加工。但是该方法要求环形抛光不但要具备高面形精度的保持能力，同时还要具备面形分布的保持能力，然而，环形抛光盘尺寸比光学玻璃元件尺寸大得多，抛光盘无法很好的贴合元件表面，极容易造成局部材料过量去除，使加工过程反复，不仅导致全频段指标加工的精度下降，而且加工周期延长，加工效率低。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统，实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例一方面提供了一种光学玻璃元件的数控加工方法，包括：根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据所述第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值；其中，所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。可选的，所述光学玻璃元件为大口径平面反射镜。可选的，所述PV阈值为λ/3(λ＝632.8nm)，所述GRMS阈值为7.7nm/cm，所述PSD1阈值为1.8nm，所述PSD2阈值为1.1nm，所述粗糙度阈值为0.4nm。可选的，所述根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值包括：根据所述第一加工路径，利用数控抛光机床加工所述大口径平面反射镜的抛光表面；根据平面干涉仪采集抛光后的大口径平面反射镜的反射波前信息，得到所述大口径平面反射镜的反射波前PV值；判断所述反射波前PV值是否不大于预设PV阈值；若否，则继续根据所述第一加工路径对所述大口径平面反射镜进行抛光加工；若是，则执行后续操作。可选的，所述根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数为：对所述光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，得到驻留时间函数；所述根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数为：对匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数进行反卷积计算，得到匀滑驻留时间函数。可选的，所述第一加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径；所述第二加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径。可选的，所述光栅式加工路径的各条路径横向平行分布或各条路径纵向平行分布。可选的，所述伪随机式加工路径为由当前加工路径和下一条加工路径相连且夹角呈60°的多条均匀分布路径构成，各加工路径互不相交。本专利技术实施例另一方面提供了一种光学玻璃元件的数控加工装置，包括：局部高带面形加工模块，用于根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；匀滑拟合面形加工模块，用于根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据；小尺度匀滑加工模块，用于采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的伪随机式加工路径，根据所述伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS不大于预设粗糙度阈值。本专利技术实施例最后还提供了一种光学玻璃元件的数控加工系统，包括数控抛光机床、平面干涉仪、粗糙度检测仪及处理器；所述处理器分别与所述数控抛光机床、所述平面干涉仪和所述粗糙度检测仪相连接，实现如前任一项所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序；所述数控抛光机床用于根据所述处理器发送的包含加工路径的加工指令，对光学玻璃元件的抛光表面进行加工；所述平面干涉仪用于采集抛光后的光学玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，包括：根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据所述第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值；其中，所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。

【技术特征摘要】
1.一种光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，包括：根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据所述第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值；其中，所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。2.根据权利要求1所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述光学玻璃元件为大口径平面反射镜。3.根据权利要求2所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述PV阈值为λ/3(λ＝632.8nm)，所述GRMS阈值为7.7nm/cm，所述PSD1阈值为1.8nm，所述PSD2阈值为1.1nm，所述粗糙度阈值为0.4nm。4.根据权利要求2所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值包括：根据所述第一加工路径，利用数控抛光机床加工所述大口径平面反射镜的抛光表面；根据平面干涉仪采集抛光后的大口径平面反射镜的反射波前信息，得到所述大口径平面反射镜的反射波前PV值；判断所述反射波前PV值是否不大于预设PV阈值；若否，则继续根据所述第一加工路径对所述大口径平面反射镜进行抛光加工；若是，则执行后续操作。5.根据权利要求1所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数为：对所述光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，得到驻留时间函数；所述根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数为：对匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数进行反卷积计算，得到匀滑驻留时间函数。6.根据权利要求1至5任意一项所述的光学玻璃元件的数控加工方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金勇，胡庆，谢磊，蔡超，王刚，赵恒，马平，鄢定尧，高胥华，
申请(专利权)人：成都精密光学工程研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51