[发明专利]大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学加工技术领域，具体涉及一种大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置。

背景技术

在光学检测过程中，反射镜的检测位置大多为立式检测，这种状态与平放的加工状态不同，由于重力的影响导致反射镜面形变化，这种现象在大口径高陡度的反射镜上表现得尤为突出，正是由于加工、检测状态的不一致导致的面形变化，从而降低加工的收敛效率。如果采用传统接触式散粒磨料的数控小磨头方法加工，从工艺角度基本没有可能采用立式加工方法。对于非接触式加工的离子束工艺而言，其需要较高的真空环境才能工作，另外此工艺如果加工高陡度的反射镜必须采用五轴联动的结构，而真空条件下的五轴联动机构的成本无疑是巨大的。最关键的受限因素是离子束工艺的去除率较低，仅应用于最后的超精抛光阶段，在粗抛阶段由于材料去除量较大，无法直接应用此工艺加工高陡度反射镜。

光学非球面反射镜加工是采用CCOS技术即计算机控制小磨头加工工艺。传统的工艺中，磨头使用的是光学沥青材料，其特点是沥青材料有一定的自流动性，以此特性来适应非球面反射镜各处曲率半径不同的特点。但是在加工过程中沥青的硬度是固定的，自流动性有限，因此如果加工过程在光学非球面反射镜上产生了一定的中高频误差的话，就必须在不同的加工周期中使用不同直径，不同硬度的磨头。那么，如果在反射镜的各处同时分布着不同的中高频误差的话，就只能在不同的加工周期中更换不同直径、不同硬度的磨头予以消除，这就给加工过程带来了诸多不便。另外对于高陡度非球面光学反射镜而言，使用传统接触式的沥青磨盘会导致磨盘与局部加工区域不吻合导致较低的加工效率。针对这种情况，使用磁流变光学加工工艺是较好的选择，但由于磁流变磨头的单点加工区域面积较小，这样的工艺容易引入高频误差，也就是人们常说的面形很“碎”。而且磁流变工艺更多的应用在面形精度较高的加工阶段，如果在面形误差比较大的阶段使用这种工艺并不能提高加工效率。离子束加工工艺的应用阶段与磁流变工艺类似，都是在面形精度较高的时候应用。离子束工艺最大的优点就是其拥有稳定的去除函数。但离子束工艺最大的限制条件就是必须在真空条件下使用，这也限制了它的应用范围。

随着控制技术的不断成熟完善，机械臂在汽车行业、机械制造行业得到了广泛的应用。机械臂有着一系列的优势，诸如:运动灵活、节省空间、运动速度快、定位精度高、响应速度快、控制方式灵活。现阶段的机械臂技术与激光焊接技术完美的结合就是典型的代表。

发明内容

为了解决现有非球面反射镜的接触式加工方法以及装置存在的加工效率低、成本高、精度低的问题，本发明提供一种在常压条件下以非接触式加工方式且能够获得稳定去除函数、加工效率较高的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、根据大口径高陡度空间光学非球面反射镜在加工坐标系内的位置确定非球面反射镜的非球面方程，同时利用非球面反射镜加工算法生成加工控制文件，即机械臂负载端运动轨迹及加工驻留时间函数；

步骤二、常压条件下，开启冷却循环泵向射频线圈中通入冷却水或冷却气，开启冷却及辅助气源并以0.3～2SLM的流量向与辅助气入口相通的石英炬管的中间管通入高纯氩气作为等离子体辅助气，用于在射频线圈的激励下产生高温等离子体，以12～20SLM的流量向与冷却气入口相通的石英炬管的外管通入高纯氩气作为等离子体冷却气，将石英炬管与高温等离子体分隔开避免石英炬管融化；

步骤三、待上述准备工作完成后，将射频电源的功率调节到800～1200W并加载在射频线圈上；

步骤四、常压条件下，将高压特斯拉点火线圈与石英矩管接触或者将高压特斯拉点火线圈放置在与石英矩管距离5mm以内的位置，接通高压特斯拉点火线圈使其放电产生高压电火花，高压电火花在石英炬管内部感生出电子并击穿中间管和外管中的高纯氩气，同时在射频线圈产生的电磁场激励下进一步击穿高纯氩气，最终点燃等离子体形成高温而稳定的等离子体炬；

步骤五、形成等离子体炬后，同时开启工作气源和氧气源，以0～1000SCCM的流量向与工作气入口相通的石英炬管的中心管通入工作气体，工作气体为四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮，同时以0～200SCCM的流量向与工作气入口相通的石英炬管的中心管通入高纯氧气，工作气体与高纯氧气的体积比为5:1，工作气体被高温等离子体炬所激发，经过5～10分钟的稳定之后，形成活性基团；