[发明专利]米量级光学元件的超高精度加工方法

说明书

技术领域

本发明属于米量级光学元件加工，特别是一种米量级光学元件的超高精度加工方法。 

技术背景

随着现代科学技术的快速发展，对应用于各种光学系统中的米量级光学元件提出了越来越高的要求。通常情况下要求最终生产的米量级光学元件具有高的面形精度。高的面形精度可以保证好的成像质量，减少散射，可以避免米量级光学元件在高能应用中的破坏。因而米量级光学元件的性能在很大程度上取决于制造过程。已经研究出多种加工方法可以获得高精度的加工表面，其中典型的加工方法有塑性研磨、化学抛光、浮法抛光、弹性发射加工、离子束抛光等等，以上这些加工方法都是针对小口径米量级光学元件，而对于大尺寸米量级光学元件，这些加工方法或者抛光效率较低，或者抛光不易控制，各自存在一定的缺陷。对于米量级光学元件，当前现有的方法主要是使用环形抛光技术，而环形抛光技术在加工中会存在像散较大，加工精度不高的情况。 

磁流变抛光，是利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对工件进行局部修形和抛光的技术。磁流变液由载液（如水，硅油等）、离散的可极化的微米量级磁敏微粒、表面活性剂、抛光颗粒和具有其他功能的添加剂组成。磁流变液由抛光盘循环带入工件与抛光盘之间形成的微小间距的抛光区中，在该区域里，磁流变液在高梯度磁场的作用下，发生流变效应而变硬、黏度增大，其中的磁性颗粒沿着磁场强度的方向排列成链，形成具有一定形状的凸起缎带，而其中的抛光粉颗粒不具有磁性，因此会被挤压而浮向磁场强度弱的上方，这样上面浮着一层抛光颗粒的凸起缎带就构成了一个“柔性抛光模”，当该柔性抛光模在运动盘的带动下流经工件与运动盘形成的小间隙时，会对工件表面产生很大的剪切力，对工件表面材料实现去除。 

国内外对磁流变抛光方法进行了大量的研究，国内主要是长春光学精密机械研究所、哈尔滨工业大学和国防科技大学等单位对磁流变抛光进行了研究，但只可使 用在较小的光学元件上，并没有针对大口径平面米量级光学元件的加工方法。而如果使用加工小工件的方式加工米量级光学元件，因其加工时间过长，磁流变液性质将出现不稳定，极容易导致大口径米量级光学元件表面出现意想不到的缺陷，很难实现对米量级光学元件的超高精度加工。 

发明内容

本发明提供一种米量级光学元件的超高精度加工方法，将环形抛光技术与磁流变抛光技术相结合，该方法可以制造出面形精度的PV值达到1/8波长，RMS值达到1/50波长的米量级光学元件。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种米量级光学元件的超高精度加工方法，其特征在于该方法包括下列步骤： 

1）环形抛光： 

使用环形抛光机对米量级光学元件进行预加工，在加工过程中使用Φ300mm干涉仪测量所述的米量级光学元件的面形精度的PV值，直至该米量级光学元件的面形精度小于1个波长； 

2）磁流变加工： 

①设定磁流变机床的抛光参数：抛光轮的转速为170-180r/min，磁场电流为6.5～7A，磁流变液的粘度为190～195Pa·s，流量为110～120L/h，抛光轮底部与所述的米量级光学元件的上表面距离为1～1.1mm； 

②标定磁流变液去除效率： 

a）用Φ100mm干涉仪测出Φ100mm的圆镜的原始面形，存入工艺电脑中； 

b)将所述的Φ100mm的圆镜放置在磁流变机床的转台的调整架上，调节所述的调整架，配合百分表使所述的Φ100mm的圆镜保持水平； 

c)在Φ100mm的圆镜上四个正交位置定点抛光T秒，利用干涉仪测出加工后的面形，存入工艺电脑中； 

d)工艺电脑用加工后的面形减去原始面形，得到所述的四个正交定点抛光区域的去除深度，四个定点区域的去除深度分别记作L1、L2、L3、L4，求平均得磁流变液的平均去除深度L=(L1+L2+L3+L4)/4，四个定点区域的去除体积记作V1、V2、V3、V4，并且根据加工时间T，求平均得磁流变液的平均去除效率η=(V1+V2+V3+V4)/4T； 

③米量级光学元件定位：将所述的米量级光学元件固定在磁流变机床的转台中央，利用百分表确定所述的米量级光学元件的中心在转台上的x轴和y轴位置（X1、Y1），通过对刀系统确定所述的米量级光学元件的上表面的位置（Z1），利用垫在所述的米量级光学元件下的纸片配合百分表使所述的米量级光学元件保持水平，整个所述的米量级光学元件的上表面的高度差不超过1μm；