[发明专利]离子束加工光学元件的拼接加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子束加工光学元件的方法，尤其涉及一种离子束加工光学元件的分区域拼接加工方法。

背景技术

随着现代光学系统性能要求的不断提高，光学零件的质量要求也在不断提高，现代光学零件正朝着非球面、轻质薄型、大相对口径等方向发展，同时需对镜面各个频段的误差都进行严格的控制。为了解决特大型镜面的制造和安装等问题，拼接光学系统的发展越来越受到重视，从而异型、轻质以及离轴非球面镜面的加工研究越来越受到重视。同时，现代光学系统零件数量巨大，精度很高，传统的光学加工方法如“小工具磨头”不能够满足要求，需要一种快速高效方法对其进行加工，特别在最后精密修形阶段，才能满足发展要求。

光学镜面离子束加工方法利用离子溅射效应从原子尺度去除材料，利用近高斯束流入射工件形成近高斯分布的去除函数，再基于光学镜面成型原理对镜面误差进行确定性修形，具有高精度、高确定性、非接触无磨损和无边缘效应等特征。但离子束加工材料去除原理决定了整个加工过程必须在真空环境中完成，从而加工系统随着镜面尺寸的增大而增大，构建和使用维护成本亦随之增大，如何通过加工方法的创新来挖掘现有小型设备的加工能力，在国内外尚属空白。

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，提供一种能解决小光学加工系统加工大口径光学元件技术难题，并可大大节约加工成本的离子束加工光学元件的拼接加工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种离子束加工光学元件的拼接加工方法，包括以下步骤：

(1)实验获取去除函数：应用修形工艺过程进行去除函数实验获取去除函数，记为R(x，y)，以间隔S(一般大于零且小于去除函数宽度的1/6)对去除函数进行离散，用矩阵表示即为R；

(2)获取面形误差函数：通过波面干涉仪测量待加工元件全口径内的面形误差数据，并进行消除趋势、定心和边缘确定处理，测量结果记为E(x，y)，以间隔S对面形误差函数进行离散，用矩阵表示即为E；

(3)区域划分与数据准备：将待加工元件的镜面划分成四个加工区域，各加工区域的标志矩阵为M₁、M₂、M₃、M₄，各标志矩阵大小与面形误差矩阵E相等，各标志矩阵中对应于其所在加工区域的矩阵元素数值为1，其余矩阵元素的数值为0；各加工区域的面形误差函数分别记为E₁(x，y)、E₂(x，y)、E₃(x，y)、E₄(x，y)，则各加工区域的面形误差矩阵E₁、E₂、E₃、E₄分别为：

E₁＝M₁*E

E₂＝M₂*E                      (1)

E₃＝M₃*E

E₄＝M₄*E

式(1)中“*”表示矩阵对应元素相乘；

由步骤(1)中实验获取的去除函数矩阵R通过旋转变化可得到各加工区域的加工去除函数，其矩阵形式分别记为R₁、R₂、R₃、R₄；如果待加工元件镜面具有回转对称轴，且各加工区域沿回转对称轴呈中心对称分布，则：

R₁＝R

R₂＝rotz90(R)                  (2)

R₃＝rotz180(R)

R₄＝rotz270(R)

式(2)中的rotz表示绕回转对称轴旋转的角度；

(4)区域边界确定和面形误差修正：首先确定各个加工区域间歇运动的边界，分别用矩阵W₁、W₂、W₃、W₄表示，各边界矩阵的大小与E相等，各边界矩阵对应于其所在边界点的矩阵元素数值为1，其余矩阵元素的数值为0；根据各个加工区域的去除函数和离子修形加工系统的运动参数(机床间隙运动步长的时间)，可得到修形加工中的修正面形误差函数E′(x，y)，用矩阵表示即为E′：