[发明专利]一种金刚石单点车辅助离子束抛光金属镜的方法

说明书

本发明提供一种金刚石单点车辅助离子束抛光金属镜的方法，属于光学加工技术领域。该方法利用金刚石单点车加工在金属镜表面形成一层均匀的具有一定厚度的下表面破坏层，再利用离子束抛光镜面，由于具有特定下表面破坏层的镜面在离子束抛光过程中的材料去除特性发生变化，离子束抛光的材料去除速率提升，且同时保证金属镜表面粗糙度不变。金属镜的下表面破坏层改变了金属材料在离子束加工过程中的材料去除特性，不仅材料更容易被去除，金属镜表面粗糙度也将保持不变。

技术领域

本发明属于光学加工技术领域，具体涉及一种金刚石单点车辅助离子束抛光金属镜的方法。

背景技术

金属镜以其优异的物理特性和经济性在现代光学系统中得到比较广泛的应用，但是金属镜的高精度加工技术仍存在一定的不足。金属镜的精密加工主要技术难点有：镜面面形精度的高确定性加工；镜面表面粗糙度的提升；避免加工过程中对环境的污染。

以最常用的金属镜材料铝为例，目前加工铝镜的主要技术手段是利用金刚石单点车车削，采用常规的单点车加工技术加工后镜面面形误差精度为rms值约为30nm，表面粗糙度约为Ra 1.5nm。高质量的光学系统常要求镜面面形误差rms值优于10nm，表面粗糙度优于2nm，常需要采用比较复杂的化学机械抛光法加工铝金属镜以达到最终的面形精度。化学机械抛光法产生的废弃抛光液、磨料等废弃物容易污染环境。

在金属反射镜的高精度加工过程中，仅采用金刚石单点车无法满足加工精度要求，需要采取确定性更高的加工手段。离子束抛光技术确定性强、稳定性好，能够获得更高的金属镜加工精度。但是，离子束抛光金属镜过程中，金属镜表面粗糙度将发生明显恶化，严重影响镜面反射率，导致镜面粗糙度无法满足要求。

为保证离子束加工金属镜的过程中保持镜面粗糙度不变，需要在镜面上产生具有一定深度的下表面破坏层，下表面破坏层是指利用金刚石单点车等接触式手段进行光学加工时，在镜面材料被去除的同时，镜面表层一定深度内会形成一层“破坏层”，在此破坏层内镜面材料的一些物理特性(如硬度、弹性模量等)将发生变化。下表面破坏层的深度、结构形式与具体的加工手段有关，下表面破坏层对镜面的粗糙度、反射率等性能也有一定的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的金属镜加工中加工精度难以满足高质量光学系统需求的问题，而提供一种金刚石单点车辅助离子束抛光金属镜的方法。

本发明提供一种金刚石单点车辅助离子束抛光金属镜的方法，该方法包括：

1)首先检测待加工金属镜的面形误差，并利用金刚石单点车进行面形误差修正，将面形误差修正到rms值优于30nm，得到PV值；

2)调整金刚石单点车的工作参数，设定主轴转速、x进给和切入深度；

3)利用金刚石单点车对金属镜进行均匀的材料去除，在金属镜表面获得一层均匀的下表面破坏层，下表面破坏层厚度为h，满足h≥PV；

4)利用干涉仪检测金属镜的面形误差；

5)调整离子束抛光工艺参数，设定离子能量、工作距离和工作气体，根据上述工艺参数对应的离子束抛光去除函数，计算得到离子束加工驻留时间分布矩阵M；

6)根据驻留时间分布矩阵M，得到离子束加工过程中的材料去除厚度d，引入去除深度调整因子n，n1，若dh，则可按照5)中的驻留时间矩阵M加工，若dh,则调整n的大小，使ndh,再用n乘以驻留时间分布矩阵M得到新的驻留时间分布矩阵N，按照新的驻留时间矩阵N进行离子束加工，确保离子束加工过程中的材料去除厚度小于等于镜面下表面破坏层厚度h，利用离子束抛光对金属镜进行面形误差修正；

7)检测金属镜的面形误差分布及表面粗糙度，若满足要求则结束抛光，若不满足要求，则从步骤2)开始循环，直到满足面形误差rms值10nm，表面粗糙度2nm，完成金属镜加工。