[发明专利]一种曲面光学元件的离子束光滑方法

摘要

本发明涉及一种用于曲面光学元件的离子束光滑方法，该方法步骤为步骤(1)、检测初始面形，步骤(2)进行离子束预光滑试验，步骤(3)重新检测面形，计算材料移除速率，步骤(4)拟定正式光滑参数，步骤(5)、计算确定性预修形量，步骤(6)、进行确定性预修形，步骤(7)、进行正式离子束光滑，步骤(8)、取出工件，结束。所述方法能有效克服曲面光学元件进行离子束光滑的同时对原有高精度面形的破坏问题。该曲面光学元件的离子束光滑方法，既能保证原有高精度曲面的表面面形精度，又能有效提高光学元件的表面粗糙度。

主权项

一种曲面光学元件的离子束光滑方法，其特征在于包括如下步骤：步骤(1)、检测初始面形：采用干涉仪作为检测设备，检测曲面光学元件的初始面形(108)，其分布函数为r1(x,y)，初始面形(108)由两部分构成，包括期望面形r0(x,y)和初始面形误差re(x,y)，即其用函数表示为：r1(x,y)＝r0(x,y)+re(x,y)，其中(x,y)表示面形误差分布点的拓扑坐标位置，但初始面形(108)中不包括基准曲面轮廓，基准曲面轮廓表征的是曲面的总体形貌，包括平面、凸面和凹面；步骤(2)、进行离子束预光滑试验：依照曲面光学元件的轮廓，规划离子束光滑路径，编写数控程序在真空环境中进行离子束预光滑试验，并保存扫描路径及参数，由于扫描过程由数控系统控制，因而保存数控代码即可，按照S型光栅路径(110)均匀扫描光学元件的被加工表面(109)以进行离子束光滑试验；扫描时要求离子束的入射方向(114)与工件表面任意点的法矢量方向夹角(113)保持一致，并保持较大的入射角度，其中光学元件的被加工表面(109)向下，离子束倾斜入射光学元件的被加工表面(109)，离子束与光学元件表面法矢量方向夹角(113)为80度，保持匀速扫描，扫描速率为v1，扫描速率v1为50至200mm/min；步骤(3)、重新检测面形，计算材料移除速率：取下光学元件，采用干涉仪重新检测面形误差分布r2(x,y)(117)，并与步骤(1)中检测得到的初始面形(108)误差分布r1(x,y)进行对比，计算出步骤(2)中进行离子束预光滑过程中材料移除量rm1(x,y)(116)，其中：rm1(x,y)＝r1(x,y)‑r2(x,y)步骤(4)、拟定正式光滑参数：经试验表明，光学材料受离子束大角度倾斜轰击一段时间后，其表面粗糙度会得到理想的改善程度，该改善程度依照不同材料和改善要求时间各有不同；对于典型的熔石英光学材料而言，单点轰击30分钟可获得理想的表面粗糙度改善；据此，确定正式抛光时的扫描速率v2，且v2<v1，v2为5至20mm/min；步骤(5)、计算确定性预修形量：结合步骤(3)中计算出的材料移除量rm1(x,y)和扫描速率v1和扫描速率v2，计算预计光滑偏修量(120)，其函数表示为rm2(x,y)，结合步骤(3)中的初始面形误差分布r1(x,y)，计算预先修形量rmf(x,y)，其中：rm2(x,y)＝rm1(x,y)×v1/v2rmf(x,y)＝r2(x,y)‑r0(x,y)‑rm2(x,y)+η上式即是通过r2(x,y)考虑并消除了初始面形误差可能给最终面形造成的影响，η为额外材料去除量，为正实数，其大小必须使得rmf(x,y)中任意点都大于0；步骤(6)、进行确定性预修形：按照步骤(5)计算的预先修形量rmf(x，y)进行预先确定性修形，得到预修形后的面形r3(x,y)(119)；预修形的目的在于抵消初始面形误差以及步骤(2)及后续步骤(7)中离子束光滑过程中引入的面形误差；确定性修形方式采用离子束抛光技术，或者采用其它确定性修形方式，具体为磁流变抛光或射流抛光，具体修形方式依照面形精度和加工效率需求来确定；预修形后的面形r3(x,y)(119)的表达式为：r3(x,y)＝r2(x,y)‑rmf(x,y)＝r0(x,y)+rm2(x,y)‑η步骤(7)、进行正式离子束光滑：按照步骤(2)所示的扫描方式及步骤(4)拟定的扫描速率v2，进行离子束光滑，该步骤(7)会产生一定的表面材料移除量rm2(x,y)，最终得到光滑后的面形r4(x,y)，按照该步骤(7)，r4(x,y)的表达式为：r4(x,y)＝r3(x,y)‑rm2(x,y)＝r0(x,y)‑η步骤(8)、取出工件，结束。