[发明专利]一种子孔径中心供液光学元件表面系列加工工艺

权利要求书

1.一种子孔径中心供液光学元件表面系列加工工艺，所采用的加工工具包含有柔性联轴器(1)、抛光盘(3)和抛光垫(5)，所述抛光盘(3)一端为连接轴段，所述抛光盘(3)的另一端为盘面，所述柔性联轴器(1)的一端连接有旋转轴(6)，所述柔性联轴器(1)的另一端与所述抛光盘(3)连接，所述抛光盘(3)的盘面上通过弹性粘接层(4)与所述抛光垫(5)粘接，所述抛光垫(5)分别用于磨抛和抛光加工，所述抛光垫(5)的类型是固结磨料抛光垫(501)、中心供液小磨头抛光皮(502)以及盘式流体动压抛光垫(503)中的一种；根据不同的加工工艺要求更换不同类型的抛光垫，以达到光学元件表面工艺设计的需求，实现光学元件表面从粗到精的系统加工工艺；贯穿于所述旋转轴(6)、所述抛光盘(3)、所述弹性粘接层(4)和抛光垫(5)的轴向设有中心供液孔(500)；使用该工具时，该工具装夹于具有中心供液功能的电机或者抛光执行器上，所述电机或者抛光执行器的供液导管与所述中心供液孔(500)导通，通过电机或者抛光执行器驱动所述旋转轴(6)，从而使该工具自转或行星运动；其特征在于，该加工工艺包括流体动压固结磨料磨抛、中心供液小磨头抛光以及盘式流体动压抛光；具体步骤如下：

步骤1、流体动压固结磨料磨抛：所述的固结磨料抛光垫表面存在粗糙峰和动压槽；所述固结磨料抛光垫(501)中含有的磨抛颗粒是金刚石、氧化铈和氧化铝磨抛颗粒的其中一种或几种混合磨抛颗粒，所述磨抛颗粒的粒径范围为0.1～10μm；将粘接有固结磨料抛光垫(501)的加工工具装夹于具有中心供液功能的电机或者抛光执行器上，调整固结磨料抛光垫(501)的表面与待加工光学元件表面接触；将研磨液注入工具的中心供液孔(500)内，研磨液的供给压力为0.1～2MPa，由旋转轴(6)驱动抛光盘(3)转动，抛光盘(3)的转速为800rpm；在转动的同时在旋转轴(6)上施加载荷，载荷范围10～50N；磨抛颗粒与光学元件表面产生流体动压效应，通过控制磨抛工艺参数，产生的稳定液膜间隙，控制加工工具的路径，按照栅格轨迹移动，移动速度范围为0.5～5mm/s；改变加工工具的进给路径对光学元件表面进行多轮加工，经过1～3轮加工，抑制光学元件表面的低频和中频误差，直至应用白光干涉仪或接触式表面轮廓仪测量其表面面型轮廓误差小于1.58λ，应用截面刻蚀或差动刻蚀法测量加工后亚表面损伤层可减小到5μm内；

步骤2、中心供液小磨头抛光：所述中心供液小磨头抛光皮(502)是多孔聚氨酯抛光片、阻尼布、海绵抛光片和合成纤维制成的抛光片中的任何一种；所述中心供液小磨头抛光皮(502)的工作表面具有导流槽；将磨抛后表面进行清洗；将加工工具上的固结磨料抛光垫(501)更换为中心供液小磨头抛光皮(502)，使用浓度为5％～15％的氧化铈或氧化铝抛光液，将抛光液以一定压力注入中心供液孔(500)，抛光液供给压力范围为：0.1～0.5Mpa；通过旋转轴(6)对抛光盘(3)施加10～30N的轴向载荷，并且抛光盘(3)以1500r/min速度自转，250rpm的速度公转，抛光盘公转/自转的偏心率为0.1～1.0；在抛光过程中，抛光液从中心供液孔(500)均匀分布于抛光盘表面，随着抛光盘的中心供液小磨头抛光皮(502)与抛光表面之间形成均匀的液膜间隙，此时中心供液小磨头抛光皮(502)与光学元件表面介于半接触与非接触之间；液膜间隙内抛光颗粒在抛光工具的驱动下划擦光学元件表面以达到抛光的目的；控制抛光盘抛光路径按照栅格轨迹或者随机轨迹移动，移动速度范围为：0.1～10mm/s，使得抛光盘能够加工整个光学元件表面，完成第一次小磨头抛光工艺；然后按照上述参数，重复进行多次抛光，抑制光学元件表面的中频和高频误差，直至抛光后光学元件表面误差小于λ/30，抛光后残余的亚表面损伤层深度小于3μm；

步骤3、盘式流体动压抛光：将抛光后光学元件表面进行清洗；将加工工具上的中心供液小磨头抛光皮(502)更换为盘式流体动压抛光垫(503)，将浓度为5％～20％的氧化铈或氧化铝抛光液，将抛光液以一定压力注入中心供液孔(500)，抛光液供给压力范围为：0.5～2Mpa；通过旋转轴(6)对抛光盘(3)施加20～50N的轴向载荷，同时抛光盘以1000-8000r/min速度自转，盘式流体动压抛光垫(503)与光学元件表面之间形成均匀的液膜间隙，此时盘式流体动压抛光垫(503)与光学元件表面处于非接触状态，依靠液膜间隙内的流体动压力驱动所述抛光液中的抛光颗粒冲蚀光学元件表面，抛光光学元件表面材料；控制抛光盘抛光路径按照栅格轨迹或者随机轨迹移动，抛光工具移动速度范围为：1～10mm/s，使得抛光盘能够匀化加工整个加工表面，完成第一次盘式流体动压抛光工艺；然后按照上述参数，重复进行多次抛光，抑制光学元件表面的高频误差，抛光后表面残余误差小于1nm；亚表面损伤层深度小于1μm；至此实现超光滑表面的加工。