一种自由曲面的激光抛光方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光抛光技术领域，并公开了一种自由曲面的激光抛光方法和装置，方法包括：基于预设的空间坐标系，采用线激光扫描待抛光曲面，以获取待抛光曲面的曲面轮廓矩阵；计算曲面轮廓矩阵中各个扫描点处待抛光曲面与水平面间的夹角；基于曲面轮廓矩阵、夹角和预设的初始离焦量，计算加工激光的光束焦点与待抛光曲面间的离焦量，所有离焦量组成离焦量矩阵数据；基于预设的加工激光的第二扫描间距，对离焦量矩阵数据进行删除或插值处理，以获得实际离焦量矩阵数据；按照实际离焦量矩阵数据，调整加工激光与待抛光曲面的相对位置，直至遍历所有实际离焦量，以将待抛光曲面抛光。本发明专利技术能够提高自由曲面抛光效率和抛光一致性。明能够提高自由曲面抛光效率和抛光一致性。明能够提高自由曲面抛光效率和抛光一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种自由曲面的激光抛光方法和装置


[0001]本专利技术属于激光抛光
，更具体地，涉及一种自由曲面的激光抛光方法和装置。

技术介绍

[0002]单晶硅光学元件被广泛应用在各种光学系统中，尤其是应用到了近些年兴起的自由曲面光学技术中。自由曲面光学元件的面型精度和表面粗糙度对光学系统的成像质量有着很大的影响。自由曲面的单晶硅光学元件，首先要通过铣削、磨削或者单点金刚石车削加工出自由曲面的面型，之后通过抛光的方法，进一步降低自由曲面的表面粗糙度。
[0003]高精度抛光方法有很多，如气囊抛光、射流抛光、离子束抛光、磁流变抛光多种方法。当这些方法应用于自由曲面抛光时，不可避免的会出现设备复杂、加工效率低等问题。而激光抛光设备简单、加工效率高，且因为是非接触式加工，不会引入表面损伤，还绿色环保。但是，激光照射竖直照射在自由表面时，激光的入射方向与自由表面法线方向会存在一个夹角，光斑由圆形变为了椭圆形，光斑面积增加，激光的能量发散，即功率密度降低，会产生抛光效果不足的情况，而且随着抛光位置的变化，激光入射角与自由曲面的法线之间的角度也会发生变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，包括：S1、基于预设的空间坐标系，采用线激光扫描待抛光曲面，以获取待抛光曲面的曲面轮廓矩阵；S2、计算所述曲面轮廓矩阵中各个扫描点处待抛光曲面与水平面间的夹角；S3、基于所述曲面轮廓矩阵、所述夹角和预设的初始离焦量，计算加工激光的光束焦点与待抛光曲面间的离焦量，所有离焦量组成离焦量矩阵数据；S4、基于预设的加工激光的第二扫描间距Δ，对所述离焦量矩阵数据进行删除或插值处理，以获得实际离焦量矩阵数据，所述实际离焦量矩阵数据中相邻实际离焦量对应的扫描点的间距与所述第二扫描间距Δ相同；S5、相对于所述待抛光曲面平移所述加工激光，并按照所述实际离焦量矩阵数据调整所述加工激光与所述待抛光曲面的相对位置，直至遍历所有所述实际离焦量，以将所述待抛光曲面抛光。2.如权利要求1所述的一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，步骤S3中，基于所述初始离焦量、所述曲面轮廓矩阵和所述夹角计算所述离焦量的表达式为：其中，z
R
为瑞利距离，且ω0为加工激光的束腰半径，λ为加工激光的波长，α
i，j
为曲面轮廓矩阵沿X轴方向的偏导数，β
i，j
为曲面轮廓矩阵沿Y轴方向的偏导数，i、j分别表示矩阵中的第i行和第j列，z表示离焦量，z0表示初始离焦量。3.如权利要求2所述的一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，所述初始离焦量预先设定为0.1mm
‑
3mm。4.如权利要求3所述的一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，所述加工激光的光斑半径ω
d
满足以下条件：5.如权利要求1所述的一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，步骤S1中，获取待抛光曲面的曲面轮廓矩阵的步骤包括：S101、使所述待抛光曲面以步进间距Δ
X
沿X轴方向平移，平移后利用线激光沿Y轴方向扫描所述待抛光曲面，且所述线激光的相邻扫描点的第一扫描间距为Δ
Y
；S102、重复步骤S101，直至得到与Y轴方向平行的若干个截面的曲线轮廓扫描数据；S103、所述曲线轮廓扫描数据组成如下所示的曲面轮廓矩阵：
其中，m为曲面轮廓矩阵的总行数，n为曲面轮廓矩阵的总列数，z
mn
为曲面轮廓矩阵中的第m行曲线轮廓数据与第n列曲线轮廓数据相交处的扫描点的Z轴坐标，Z
m
×
n
表示曲面轮廓矩阵。6.如权利要求5所述的一种自由曲面的激光抛光方法，其特征在于，步骤S2中，计算各个扫描点处待抛光曲面与水平面间的夹角的步骤包括：基于所述曲面轮廓矩阵，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖峻峰，李涛，许剑锋，黄惟琦，龙归，杨思铄，张建国，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：