[发明专利]等厚离轴非球面反射镜的加工方法

说明书

一种高精度等厚离轴非球面反射镜的高效加工方法，本发明通过同轴母镜工装的设计，实现了子镜精确定位及等厚加工，能多块等厚离轴非球面反射镜同时加工，具有加工成本低、加工精度高和加工效率高的特点。

技术领域

本发明涉及光学加工领域，具体涉及一种等厚离轴非球面反射镜的加工方法。

背景技术

现代科学技术的飞速发展，使得基于离轴非球面光学系统在对空观测、对地观测、极紫外光刻等前沿领域得到了广泛应用。相比同轴反射式光学系统，离轴反射式光学系统不存在中央遮拦问题，具有更大的有效通光口径，并且可以避免由此而产生的衍射现象，提高成像质量，有效满足现代光学成像系统对于大视场、长焦距和接近于衍射极限像质的迫切需求。因此，离轴反射式光学系统已经逐渐成为未来发展主流，在现代各类光学系统中呈现出日益增长的应用需求。

离轴非球面镜的传统加工主要有两种方式：同轴母镜加工和单件加工。同轴母镜加工是指采取传统方法加工一块大的轴对称非球面母镜，其口径至少应能包含所需离轴非球面，待同轴母镜加工完毕后，从该母镜中套出所需离轴非球面。该方法适用于小口径小离轴量的离轴非球面的加工，当口径或离轴量较大时，加工成本将急剧增加，同时，该方法无法保证等厚离轴非球面反射镜的加工，如图1所示。单件加工是将毛坯尺寸做到离轴非球面所需口径，然后直接对其进行加工。单件加工的传统抛光方法，主要包括手工修抛法和弯曲应力抛光法等手工修抛法是工人手工把持粘贴沥青的小工具进行加工，根据测量的面形误差分布以及个人经验来选择抛光工具形状、控制抛光时间以及抛光压力。手工修抛法效率极低，非常依赖于人的经验，收敛过程需要反复迭代，且中高频误差比较严重，不能满足大口径离轴非球面的加工需求。弯曲应力抛光法是先将离轴非球面加工成一个球面，然后根据材料力学公式计算出加在镜面边缘的力和力矩，使之产生变形，其变形量正好和离轴非球面与起始球面之差相等，但符号相反然后在应力状态下将其抛光成球面，抛光完成后解除镜体弯曲应力，镜体弹性恢复后得到离轴非球面面形。弯曲应力抛光法容易保持离轴非球面的焦距和离轴量，但是需要大量加力用的机械零件，适用于大批量离轴非球面的粗加工，加工精度不高。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种等厚离轴非球面反射镜的加工方法，该方法通过同轴母镜工装的设计，实现了子镜精确定位及等厚加工，能多块等厚离轴非球面反射镜同时加工，具有加工成本低、高精度和加工效率高的特点。

为实现上述技术目的，本发明的技术解决方案如下：

一种等厚离轴非球面反射镜的加工方法，其特点在于，包括以下步骤：

1)同轴母镜工装和子镜坯料加工：根据待加工离轴非球面反射镜(以下称为子镜)的加工参数，即口径、离轴角、离轴量，对同轴母镜工装进行设计，采用数控加工中心完成同轴母镜工装外形及相应的定位沉孔加工，并在各个定位沉孔的底面划线，并延伸至孔的边沿，其延长线过母镜的中心，用于标记离轴方向；子镜坯料经外形加工后，采用金刚石刀具在其背面划线，划线的一侧延伸至镜片边沿；

2)子镜上盘：将子镜坯料置于定位沉孔中，边沿刻线对齐，同时用塞片固定，然后置于电炉上高温烘烤，将液态的腊滴入缝隙中，待腊充分填满缝隙后，关闭电炉，常温下自然冷却后，子镜坯料就成功镶入同轴母镜中形成工件；

3)工件铣磨：采用高精度数控光学铣磨加工中心，使用半球形碟形砂轮铣磨工件，采用轮廓仪进行轮廓检验，判断轮廓误差是否达到要求，若达到要求则进入下一步，否则继续铣磨加工；

4)工件研抛：采用传统单轴机对工件进行研磨及粗抛加工，技术要点在于严格控制起始球面半径的准确度以及同一环带上半径的一致性，采用轮廓仪进行检测，判断轮廓误差是否达到要求，若达到要求则进入下一步，否则继续研抛加工；

5)待加工件的面形精度收敛到进入干涉仪量程后(一般为小于2μm)，采用激光干涉仪对所述的工件的反射镜面形进行测量，得到工件加工所需要的全口径面形误差；