[发明专利]大口径光学零件的大气等离子体加工方法

说明书

技术领域

本发明属于光学加工领域。

背景技术

计算机控制光学表面成形技术CCOS (Computer Controlled Optical Surfacing)，是20世纪70年代发展起来的一项光学加工技术。CCOS技术随着计算机技术的发展进一步完善，大大推动了光学零件制造技术的发展，特别是在大口径、高精度非球面的抛光加工中降低了对操作者经验技术的要求，并提高了重复性。

目前，大口径光学零件加工主要采用基于CCOS原理的抛光研磨头或抛光头的小工具抛光。抛光过程属于接触式加工，主要依靠微细磨粒的机械作用使加工材料发生塑性变形来实现去除加工，在小工具抛光头和零件表面存在有一定的压力，所以不可避免地在光学元件表面存在划痕、位错、微裂纹、变质层等表面和亚表面损伤现象，对光学系统的稳定性和使用性能及寿命产生直接的影响。为了减小表面损伤层对光学零件的影响，机械抛光工艺对大口径光学元件进行多周期的微量去除，导致超精密抛光加工效率大大降低，其加工周期可能长达数月甚至数年。例如美国直径为500mm的抛物面反射镜，加工周期为3个月，直径2.5m虎克望远镜，加工周期为6年，帕洛玛5m望远镜先后花费14年，传统的机械抛光技术存在的低效率问题日益突出，已经满足不了光学领域对大口径光学元件的大批量需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大口径光学零件的大气等离子体加工方法，为了解决传统的机械抛光技术存在的低加工效率而无法满足光学领域对大口径光学元件的大批量需求的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种大口径光学零件的大气等离子体加工方法，它的步骤方法是：

步骤一：将大气等离子旋转电极设置在密封罩内，密封罩的下端有开口，使密封罩的内腔通过气管与混合等离子体气源导气连通，使大气等离子旋转电极与射频电源的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极； 

步骤二：将密封罩的上端绝缘连接在龙门加工机床的竖直运动工作平台上，将待加工光学零件装卡在龙门加工机床的水平运动工作平台上；将龙门加工机床的工作平台与射频电源相连并接地作为大气等离子体放电的阴极；

步骤三：使大气等离子旋转电极靠近待加工光学零件的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，间隙范围为：100μm～3mm；

步骤四：预热射频电源，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源，混合等离子体气源包含反应气体、等离子体激发气体和辅助气体，使等离子体激发气体的流量为1升/分钟~40升/分钟，反应气体与等离子体激发气体的流量比为1：10~1：1000；辅助气体与反应气体的流量比为1：10~1：1；

步骤五：当大气等离子旋转电极和待加工光学零件的待加工表面之间的区域内充满等离子体激发气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动射频电源，逐步增加射频电源的功率，使功率达到200W~500W，同时控制射频电源的反射功率为零，在射频电源工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使大气等离子旋转电极和待加工光学零件的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；

步骤六：根据去除量的要求，控制大气等离子旋转电极的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述步骤产生的大气等离子体对零件表面进行加工；

步骤七：待加工完成后，关闭射频电源的电源，关闭混合等离子体气源，取出待加工光学零件，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法采用了旋转电极与加工零件之间的放电间隙产生等离子体，是非接触式化学加工方法，避免了机械加工中产生的损伤层；

2. 在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，高速旋转的电极使进入电极和零件之间放电区域的反应气体大大增加，使电离出活性离子的浓度增强，大大提高大口径光学零件的加工效率，缩短加工周期；

3.在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，高速旋转的电极有利于反应产物及时脱离零件表面，提高表面质量，同时高速旋转的电极也降低了加工区域的温度，具备冷却作用；

4.在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，属于非接触式的加工方法，在加工零件边缘时去除函数也不会发生变化，不存在边缘效应问题，提高了加工精度和面形收敛速度；

5.本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法是在大气环境下激发产生的等离子体，摆脱了真空等离子体加工对零件尺寸的限制，极大地降低了加工成本。

附图说明