[发明专利]一种消除轻质反射镜压印效应的抛光装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种消除轻质反射镜压印效应的抛光装置，属于精密光学加工技术领域，特指一种消除大口径、高轻量化反射镜压印效应的抛光装置。

背景技术

近几年，随着航天技术的发展，具有高强度、低变形、高反射率的功能材料(如：熔石英、ULE、微晶、SiC等)在该领域得以迅速应用。为追求光学系统的集光能力和分辨能力，并节约制造与发射成本，一般通过采用轻质大尺寸非球面光学元件来提高系统成像质量，且镜面的厚度越来越薄，即主镜的径厚比越来越高。轻质结构反射镜轻量化的形式主要有三角形、扇形、蜂窝形、圆形及异性孔形等。不同的轻量化结构对轻质反射镜的减重程度、结构刚度、转动惯量、温度特性、材料去除率及自重变形等特征产生不同的影响。受大口径非球面更高轻量化趋势的影响，轻质反射镜的装卡与高精度加工方法成了亟待解决的问题。

目前，高精度轻质反射镜的光学加工方法主要有小磨头(CCOS)，磁流变(MRF)及能动磨盘(CCAL)等抛光技术。然而，小磨头(CCOS)与磁流变(MRF)抛光技术会对抛光镜产生中高频误差并在抛光轨迹上留下明显的斑痕。为减少轻质反射镜面的中高频误差，一般采用大口径磨盘，即能动磨盘抛光技术对工件进行初步抛光，再采用小磨头对工件进行局部修抛以提高面形精度。根据普林斯顿假设和线性理论推导，材料去除率函数可表达为：在加工过程中，轻质反射镜反射面承受的压强P主要为磨头压力。相对于CCOS抛光技术，采用CCAL技术抛光时，镜面承受压力更大，弹性变形更为明显。镜面在磨头压力及重力作用下，结构内部筋支撑区域镜面的弹性变形较孔区域镜面的弹性变形较低，因此，筋支撑区域的镜面去除量较孔区域镜面更多。当镜面外力释放后，筋支撑区凹陷下去，孔区域凸起，当抛光镜面面形达到较高精度时，镜面呈现波浪形。在外加压力作用下，由于轻质反射镜镜面各点弹性变形不一致而导致抛光后高精度面形呈现波浪形的现象称之为“压印效应”。重力及磨头压力所引入的压印效应已成为轻质结构反射镜高精度加工的技术壁垒。

消除轻质反射镜压印效应的设计方法主要有内腔充气式与浸入充气式。内腔充气就是直接对轻质结构反射镜的各个蜂窝状内腔施加反向压强，反射镜面在重力，磨头压力(0.8～1.5KPa)及充气压力的作用下达到平衡，消除了磨头压力的压印效应。这种抛光装置虽然结构简单，但是内腔气体同时会对圆周壁及支撑底面产生压强，圆周壁及支撑底面的变形会对结构内部筋产生反向拉力，进而引起反射镜面的变形。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种消除轻质反射镜压印效应的抛光装置，该装置采用浸入充气式，在不引起反射镜面的变形的同时，消除了压印效应，解决了目前大口径、高量化，高径厚比的轻质反射镜高精度抛光时外加压力引入的压印效应问题。

本发明的技术解决方案：一种消除轻质反射镜压印效应的抛光装置，由浸入式密封抛光平台与精密充气装置组成，所述浸入式密封抛光平台由密封缸、顶盖、三角形支撑座、钢球、弧形夹具和弹性密封圈构成；三个三角形支撑座置于密封缸内腔底面的三个钢球上，并在每个三角形支撑座上表面粘接三个垫片构成九点支撑座结构；顶盖通过螺栓固定于密封缸上，弹性密封圈的充气孔穿过顶盖侧面通孔，并置于顶盖与轻质反射镜间；螺栓穿过密封缸侧面螺纹孔与弧形夹具相连，通过调节螺栓移动弧形夹具，使弧形夹具对轻质反射镜进行切向约束；所述的精密充气装置由微型气泵、蓄电池、精密截止阀、精密泄压阀、膜合气压表、四通体和硅胶管组成；微型气泵通过硅胶管与精密截止阀相连，四通体四个端口分别与精密截止阀、精密泄压阀、膜合气压表和密封缸相连。

所述密封缸结构为U型，顶面及侧面分别钻螺纹孔，并在内腔底面刨半圆凹槽。

所述三角形支撑座为等腰三角形，顶角为108°，三角形支撑座底侧重心处开半圆凹槽，上侧粘接垫片。

所述顶盖为台阶形，并在顶盖上侧开沉孔，侧面开有通孔。

所述弹性密封圈为易膨胀的弹性材料，弹性模量小于1.3*10°Pa，并且弹性密封圈带有充气嘴。

所述精密截止阀能任意调节充入气体的流量，调节量程为0～5L/min，气体流量的定位精度为1mL/min。

所述精密泄压阀能对充入过大的气压进行适量减排，泄压流量控制精度达0.3mL/min。

所述直流电源采用蓄电池。

本发明与现有技术相比的优点在于：