[发明专利]光学零件中高频误差的组合式加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学零件的加工方法，尤其涉及一种光学零件中高频误差的控制工艺方法。

背景技术

传统的光学加工手段中，加工工具同光学元件之间存在大面积的空间几何接触形态，有利于面形误差连续性的生成，误差表现为宏观尺度，即低频形状误差；而微纳米量级研抛磨料同光学元件材料间的机械化学综合作用，主要体现为微观尺度的误差演变，即高频粗糙度误差。因此，传统加工手段(如古典抛光、环抛等)所得到的工件表面误差中基本不包含严重的中高频误差形态，能够保证光学元件的良好光学性能。

现代先进光学制造方法的发展，趋向于采用计算机控制小工具对光学表面进行确定性可控材料去除，属于计算机控制子口径抛光技术的范畴。由于采用的小工具尺寸一般都远远小于工件尺寸，因此在实现低频面形误差确定收敛的过程中，越来越倾向于在中高频段形成周期性的小尺度制造误差特征。人们通俗的把这类小尺度制造误差特征归为中高频误差，中高频误差已经成为计算机控制子口径类加工方法的显著特征。

磁流变抛光(MRF)的材料去除，主要由高强度梯度磁场下磁流变液的剪切作用实现。磁流变液在高强度磁场的作用下，虽然具有一定的硬度，但其仍然属于柔体的范畴，即磁流变抛光属于一种柔性抛光方式。这种柔性去除方式，决定了其在对光学表面误差进行加工时，磁流变液能够同光学表面保持良好的接触状态。当高强度梯度磁场下的磁流变液对工件表面进行材料去除时，磁流变液形成的柔性抛光模同加工区域发生全面接触，磁流变液的抛光磨料同工件表面误差均发生作用。由于对材料去除起主导作用的剪切力基本不受面形误差微观分布的影响，因此不论是光学元件表面的凸峰还是凹槽，柔性抛光模对其的去除效率基本一致。换句话说，如果利用磁流变抛光对光学元件表面实行材料均匀去除，那么光学表面的中高频误差特征基本保持不变。然而，磁流变抛光的去除函数特征和面形误差的频域分布决定了其对中高频误差具有一定的修正能力，即通过分配驻留时间可以实现一定中高频误差修正，从而为中高频误差控制提供手段。

计算机控制光学表面成形(CCOS)实现材料去除的理论基础是Preston方程，它是一种依靠正压力实现材料有效去除的加工方法。典型的CCOS结构是在薄金属板上覆盖沥青，该结构通常也被称为“刚性工具”。沥青盘对工件表面的材料去除可以从两个方面理解：在抛光盘尺寸范围内，去除量宏观表现为去除函数，通常形状为类高斯型。而对于波长小于抛光盘尺寸大小的中高频误差，材料去除遵循“高点优先去除原则”。即当沥青盘加工工件时，沥青盘首先同工件表面高点区域发生接触，然后沥青盘发生一定变形以适应工件表面微观形状变化。由于在工件表面的高点区域，沥青盘将会产生更大的压力，因此会导致更大的材料去除量，这和Preston方程是吻合的。CCOS的去除机制决定了其对误差频段高于抛光盘尺寸的误差具有一定光顺作用。显然，沥青盘刚性越大，对中高频误差的光顺能力越强；而柔性越大，对中高频的光顺能力越弱。

然而，现有技术中一般都采用单一的去除机制对光学零件的中高频误差进行控制，而单一的去除机制难以实现中高频误差的有效控制，并且常常残留同去除机制直接相关的加工特征，单一去除机制对光学零件中高频误差的加工效果也有待提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够充分结合MRF和CCOS各自的技术优势、且实现光学零件全频段误差的高效一致收敛、有效提升光学零件性能的光学零件中高频误差的组合式加工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种光学零件中高频误差的组合式加工方法，所述组合式加工方法是先对待加工光学零件进行中高频误差可加工性评估，然后根据评估结果选择性进行下述操作(a)或操作(b)，其中：