基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法


[0001]本专利技术涉及光学加工技术，尤其涉及一种基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法
。

技术介绍

[0002]由于具有质量轻
、
反射率高
、
可加工性好的特点，铝合金在航空航天载荷领域具有广阔的应用前景
。
随着复杂曲面在光学系统中的应用，光学系统可以具有更佳的使用性能和更为紧凑的设计结构
。
在带来优势的同时，复杂曲面铝反射镜的加工成为了限制性能提升的关键因素
。
目前最常用的复杂曲面铝反射镜的加工方法是单点金刚石加工，其可以同时获得高精度面形和纳米量级表面粗糙度
。
但是，由于遵循母性加工原理，其加工面形精度受限于机床本身的精度
。
并且，由于本身的加工缺陷，铝反射镜表面会出现固有的车削刀纹
。
所以，经由单点金刚石车削后的铝反射镜精度仅能满足红外波段的应用
。
为了实现可见光甚至紫外光的应用，需要更高精度的加工方法
。
磁流变工艺是常见的面形提升工艺，其属于进化加工方式，不受限于机床的精度
。
目前磁流变工艺已经成功加工出了可应用于可见光波段应用的自由曲面铝反射镜
。
但是，磁流变加工过程中会产生固有的表面污染层，造成严重的表面质量恶化
。
而常见的提高表面质量的方法如化学机械抛光，虽然可以实现表面质量的提升，但是会造成面形精度的恶化，所以最终加工精度难以实现突破
。
[0003]离子束工艺具有非接触
、
稳定性好
、
加工污染低等特点，在铝反射镜加工领域具有较大的应用前景
。
离子束工艺已经被证实具有有效的污染层去除效果，可以实现表面质量和反射率的大幅度提升
。
目前，离子束工艺主要用于表面清洗，采用的均匀扫描去除的加工策略，期望去除污染的同时保持磁流变加工后的面形分布和面形精度，所以磁流变的加工精度仍然限制着最终的铝反射镜加工精度
。
[0004]离子束工艺被认为是具有最高加工精度的光学加工方法，有望进一步实现铝反射镜加工精度的进一步提升
。
在离子束溅射过程中，污染层的物质组成比例处于动态变化之中，而成分的组成比例极大的决定了离子束溅射的去除效率
。
所以难以在加工过程中，对离子束的材料去除效率实现精确预计
。
同时，由于污染层的特性与磁流变加工时长息息相关，而常见的磁流变修形过程中，表面各点的驻留时间往往存在极大的差异，所以造成表面污染层分布不均，这也对离子束高精度修形造成极大的难度
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，结合对磁流变加工结果，加工量的预测，确定污染层状态，结合对离子束修形策略的改进，进而在去除表面污染层过程中，实现面形精度的进一步提高
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，包括以下步骤：
[0008]1)
对铝反射镜采用单点金刚石车削工艺进行面形误差修正；
[0009]2)
对采用单点金刚石车削工艺修正后的铝反射镜采用磁流变工艺进行面形误差修正；
[0010]3)
获取采用磁流变工艺修正后的铝反射镜的面形误差矩阵
R
mrf
以及磁流变加工过程中的材料去除量
r
m
，根据材料去除量
r
m
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的污染层去除驻留时间矩阵
T
c
，根据面形误差矩阵
R
mrf
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的基体去除驻留时间矩阵
T
s
，利用所述驻留时间矩阵对采用磁流变工艺修正后的铝反射镜采用离子束工艺进行加工
。
[0011]进一步的，步骤3中根据材料去除量
r
m
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的污染层去除驻留时间矩阵
T
c
具体包括：
[0012]3.1a)
将材料去除量
r
m
与预设的污染层生成参数
k
相乘，得到污染层深度分布矩阵
R
c
；
[0013]3.1b)
调整离子束抛光的工艺参数，设定离子能量
、
工作电流与加工距离，根据上述工艺参数，针对磁流变工艺加工后的铝合金反射镜表面进行离子束去除函数的制作，得到去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
；
[0014]3.1c)
根据污染层深度分布矩阵
R
c
，结合去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
，生成去除强度矩阵
R
，根据去除强度矩阵
R
和去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
计算污染层去除驻留时间矩阵
T
c
。
[0015]优选的，步骤
3.1a
中预设的污染层生成参数
k
取值为
0.6。
[0016]进一步的，步骤1之后还包括：针对采用单点金刚石车削工艺修正后的铝反射镜，通过实验测试获得其去除函数矩阵
r
作为基体去除函数；步骤3中根据面形误差矩阵
R
mrf
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的基体去除驻留时间矩阵
T
s
具体包括：
[0017]3.2a)
将面形误差矩阵
R
mrf
减去污染层深度分布矩阵
R
c
，得到基体材料材料去除矩阵
R
s
；
[0018]3.2b)
根据基体材料材料去除矩阵
R
s
和去除函数矩阵
r
计算基体去除驻留时间矩阵
T
s
。
[0019]进一步的，所述驻留时间矩阵为污染层去除驻留时间矩阵
T
c
与基体去除驻留时间矩阵
T
s
之和
。
[0020]进一步的，步骤3中利用所述驻留时间矩阵对采用磁流变工艺修正后的铝反射镜采用离子束工艺进行加工具体包括：
[0021]3.3a)
根据驻留时间矩阵和去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
计算得到离子束加工工具的最小运行速度
v<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
对铝反射镜采用单点金刚石车削工艺进行面形误差修正；
2)
对采用单点金刚石车削工艺修正后的铝反射镜采用磁流变工艺进行面形误差修正；
3)
获取采用磁流变工艺修正后的铝反射镜的面形误差矩阵
R
mrf
以及磁流变加工过程中的材料去除量
r
m
，根据材料去除量
r
m
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的污染层去除驻留时间矩阵
T
c
，根据面形误差矩阵
R
mrf
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的基体去除驻留时间矩阵
T
s
，利用所述驻留时间矩阵对采用磁流变工艺修正后的铝反射镜采用离子束工艺进行加工
。2.
根据权利要求1所述的基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，其特征在于，步骤3中根据材料去除量
r
m
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的污染层去除驻留时间矩阵
T
c
具体包括：
3.1a)
将材料去除量
r
m
与预设的污染层生成参数
k
相乘，得到污染层深度分布矩阵
R
c
；
3.1b)
调整离子束抛光的工艺参数，设定离子能量
、
工作电流与加工距离，根据上述工艺参数，针对磁流变工艺加工后的铝合金反射镜表面进行离子束去除函数的制作，得到去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
；
3.1c)
根据污染层深度分布矩阵
R
c
，结合去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
，生成去除强度矩阵
R
，根据去除强度矩阵
R
和去除函数矩阵集合
{r
ibf
}
计算污染层去除驻留时间矩阵
T
c
。3.
根据权利要求2所述的基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，其特征在于，步骤
3.1a
中预设的污染层生成参数
k
取值为
0.6。4.
根据权利要求2所述的基于改进修形策略的可见光铝反射镜离子束加工方法，其特征在于，步骤1之后还包括：针对采用单点金刚石车削工艺修正后的铝反射镜，通过实验测试获得其去除函数矩阵
r
作为基体去除函数；步骤3中根据面形误差矩阵
R
mrf
计算离子束加工的驻留时间矩阵中的基体去除驻留时间矩阵
T
s
具体包括：
3.2a)
将面形误差矩阵

【专利技术属性】
技术研发人员：杜春阳，戴一帆，彭小强，关朝亮，胡皓，赖涛，刘俊峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：