CN103949952B - 一种大外径变形镜主镜的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大外径变形镜主镜的加工方法，属于变形镜的加工技术领域。本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，包括选材——第一面加工——采用蜂蜡粘接上盘、环型精磨的方法精磨第二面——磁性压盘上盘、环型抛光的方式抛光第二面——将零件浸进抛光液进行精抛光的加工——超声波振动下盘。本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，主要解决外径大、厚度薄的变形反射镜的主镜片加工难度大的问题，可适用于大尺寸相对厚度薄的变形镜主镜的加工，甚至可适用于尺寸与厚度比20以上、200以下的高精度平面反射镜或者光学窗口的加工。
Description
技术领域
本发明涉及变形镜的加工技术领域，尤其是一种大外径的变形镜中主镜的加工方法。
背景技术
现在对空间观察的需求越来越多，而大气的湍流影响到对外观察的精度，其湍流对成像的影响造成成像波前误差的增加，使得分辨率变低很多；同时，对人体内部器官的观察也遇到类似的问题，鉴于此种问题，国内外对自适应光学系统进行了多方面的研究，而其中变形反射镜加工的技术一直是研究的瓶颈，对于变形镜的要求是：当外置多频振动接收到外界湍流的反馈信号的时候，给出多频振动信号，由此推动电磁振动器对固定在变形镜的吸引力的改变，由于吸引模块成线性矩阵排列，从而引起变形镜面形的改变，进行变形镜要根据这些信号实时改变表面的波前误差，以抵消由于大气湍流产生的误差。这样，对变形反射镜的要求就比较苛刻，主要原因是变形反射镜的外径比较大（外径大于200mm即为“大外径”），另外其相对厚度比较薄（外径与厚度的比大于10即为“薄”），造成加工难度极大。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，主要解决外径大厚度薄的变形反射镜的主镜片加工难度大的问题，提供一种大外径变形镜主镜的加工方法，可适用于大尺寸相对厚度薄的变形镜主镜的加工，甚至可适用于尺寸与厚度比20以上、200以下的高精度平面反射镜或者光学窗口的加工。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将零膨胀光学玻璃ULE材料成型加工为外径大于200mm的方形或者圆形零件，要求其厚度大于10mm，其中零件的外径与厚度之比小于15；将该零件的其中一面设为第一面，另一面为第二面；
步骤二、对零件的第一面进行精磨及抛光，要求第一面完工后零件的外径与厚度之比为18～20，同时在第一面上外径为200mm的范围内，其面形为低1个光圈；再对零件的四周进行倒角；
步骤三、对整个零件采用全封蜡方式上盘，将零件粘接在玻璃垫板上，对零件的第二面进行环型精磨，使加工后的零件厚度比主镜的要求厚度要厚0.15mm～0.25mm；再用丙酮或者溶蜡剂泡掉零件表面的封蜡，并清洗干净；对第二面进行细沙研磨，确保第二面的面形为低圈。
步骤四、在第一面上涂一层光学保护漆，在磁性压盘内垫一层湿润的棉布，将零件放入磁性压盘的凹槽内，确保零件的第一面与棉布之间相互吸引；将压盘上的零件对准加工设备中的抛光磨具，并对第二面进行抛光；
步骤五、在抛光之前，对加有氧化铈的抛光液采用超声波清洗机进行超声波振动约20分钟，抛光液和环境温度均控制在22～25度；对第二面进行抛光的过程中，需采用大外径干涉仪对面形进行在线控制；当抛光的面形达到低2个光圈后，再将零件换至专用抛光机上进行浸液抛光，使抛光液完全淹没整个零件，并对第二面进行修正，确保第二面的面形为低1个圈；
步骤六、将磁性压盘连带零件放入超声波清洗槽内，要求零件向上，且在零件周围加设有保护措施；振动约10～20分钟，使零件与磁性压盘自动分开。
由于采用了上述方法，零件为外径大厚度薄的板状零件，其加工的时候难度大，其重点工艺是在第二面的加工。因此针对第一面的加工时，采用较厚的材料，在环型加工设备上进行精磨及抛光不存在什么问题，只需要确保其零件的厚度在8mm-10mm，且保证该第一面的面形为低1光圈（其中“低”即为“低圈”，具体是指整个面相对于标准平面镜向内凹面形，其中1个光圈是激光平面干涉仪器中用于衡量平面度的值）。针对第二面的加工，主要集中于抛光技术上，首先在抛光好的第一面上涂光学保护漆，主要用于加工过程中对零件的保护作用，避免其被损坏；其中磁性压盘如图3和图4，凹槽主要由位于压盘体边部的压边形成，在设计的磁性压盘内垫一层保护的棉布，并保持棉布湿润，再将零件放进加工好的凹槽内，保证棉布和零件的第一面之间有吸引力（棉布和零件的第一面之间由于有分子之间的吸引，而不会产生相对滑动），同时注意棉布四周的保护，确保整个零件在加工过程中，被放置于磁性压盘中不会发生脱落。由于零件的磁性压盘具有磁性，当遇到抛光模具时会产生相对的吸引力，这种吸引力相当于磨具给零件第二面的压力，由于在磁性压盘上的磁力均匀分布，从而使得零件压力是均匀分布的；其中第二面为低圈，具体是指整个面相对于标准平面镜向内凹的面形。而其中将零件浸进抛光液中的加工方式，由于抛光液保持温度的恒定，并带走抛光过程中产生的热量，确保了第二面被加工至低1个圈，以及下盘后光圈不变（即指整个面相对于标准平面镜向内凹的面形，其中1个光圈是光线仪器中用于衡量平面度的值）；超声波振动下盘方法，将整个磁性压盘和零件放入到清洗槽中，清洗液可从磁性压盘四周上的缺口，进入到磁性压盘和零件之间的空隙内，从而使其零件自动脱落。通过本发明的方法，能解决外径大厚度薄的变形反射镜的主镜片加工难度大的问题，可适用于大尺寸相对厚度薄的变形镜主镜的加工，甚至可适用于尺寸与厚度比将近100的变形镜主镜。
本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，在步骤三中，在确保第二面的面形为低圈的过程中，采用简易球径仪测量，在第二面的任意Φ180范围内，测得矢高误差与标准平面镜为小于0.005mm。
由于采用了上述方法，测得矢高误差与标准平面镜小于0.005mm，是指第二面中向内凹的最低点至标准平面镜面之间的距离要小于0.005mm，继而保证该第二面的面形为低圈。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，主要解决外径大厚度薄的变形反射镜的主镜片加工难度大的问题，可适用于大尺寸相对厚度薄的变形镜主镜的加工，甚至可适用于尺寸与厚度比20以上、200以下的高精度平面反射镜或者光学窗口的加工。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明中主镜片的示意图；
图2是图1的左视图；
图3是本发明中使用的磁性压盘的示意图；
图4是图3中的A-A视图。
图中标记：1-压盘体、2-压边、3-螺孔、4-缺口、a-镜边长、b-镜边宽、h-镜片厚、R-倒角、h1-压盘宽、h2-压边宽、d-缺口宽。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1和图2是本发明中要加工的大外径变形镜的主镜片，图3和图4是本发明中所采用的磁性压盘的结构示意图。
本例中初步规划出420mm×420mm×3mm的镜片加工作为变形镜的典型规格，透射波前控制在λ/4。其中对变形镜质量要求：尺寸规格为420mm×420mm×3mm；表面质量：S/D=60/40；面形质量（透射波前）：四分之一波长（λ/4）(波长：632.8nm)。
本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，其中材料：选取环境适应性好的，零膨胀光学玻璃ULE，由于零件外径大，厚度薄，在加工的时候难度大，其重点工艺是在第二面的加工。第一面加工时，采用较厚的材料，精磨及抛光采用环型抛光技术不存在什么问题，但是根据要求，需要控制零件的厚度大于10mm，外径大于200mm，本发明针对的零件尺寸为420mm×420mm，其外径远远大于200mm；同时尺寸和厚度比为420*÷3=198，因此对整个镜片的加工要求极高，因此首先将材料加工成方形或者圆形零件（外径在200mm或以上，圆形以直径计算，而方形以外接圆直径计算）；本发明中将该零件的其中一面设为第一面，另一面为第二面；
步骤二、采用环型加工设备对零件的第一面进行精磨及抛光，要求零件的厚度为8mm-10mm，同时确保第一面的面形为低1个光圈，再对方形零件的四周进行倒角；
步骤三、对抛好的第一面涂光学保护漆，进行保护处理；再采用全封蜡技术对零件进行上盘，将零件粘接在玻璃垫板上；并对零件的第二面进行精磨，使加工后的零件厚度为3.15mm-3.20mm（比目标厚度要厚0.15mm～0.25mm），面形为低圈；再用丙酮或者溶蜡剂泡掉零件表面的封蜡，并清洗干净，再对第二面进行抛光；
步骤四、抛好的第一面涂光学保护漆，在磁性压盘内垫一层湿润的棉布，将零件放入磁性压盘的凹槽内，确保零件的第一面与棉布之间相互吸引（棉布和零件之间由于有分子之间的吸引，不会产生相对滑动，特别要注意棉布四周的保护）；将磁性压盘上的零件放到环型抛光机的抛光模具上（一般为铸钢，因此磁性压盘和精磨及抛光模具有吸引力，这种吸引力相当于压力，由于磁力的均匀分布，从而使得零件压力是均匀分布的）；
步骤五、在抛光之前，对加有氧化铈的抛光液采用超声波清洗机进行超声波振动大约20分钟，使得抛光粉分散均匀，颗粒度均匀分布，抛光液和环境温度均控制在22～25度；利用环型加工设备对第二面进行抛光，抛光过程中，利用大外径干涉仪对面形进行在线控制；当抛光的面形达到低2个光圈后，再将零件换至专用抛光机上进行浸液抛光，使抛光液完全将零件部分淹没，并进行修正，确保第二面的面形为低1个圈；
步骤六、采用将磁性压盘连带零件放进超声波清洗槽内，要求轻微振动，振动约10～20分钟，零件会自动与磁性压盘分开，即实现下盘。
本发明的大外径变形镜主镜的加工方法，主要解决外径大厚度薄的变形反射镜的主镜片加工难度大的问题，可适用于大尺寸相对厚度薄的变形镜主镜的加工，甚至可适用于尺寸与厚度比将近200的变形镜主镜或者平面反射镜、光学窗口。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.一种大外径变形镜主镜的加工方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、将零膨胀光学玻璃ULE材料成型加工为外径大于200mm的方形或者圆形零件，要求其厚度大于10mm，其中零件的外径与厚度之比小于15；将该零件的其中一面设为第一面，另一面为第二面；
步骤二、对零件的第一面进行精磨及抛光，要求第一面完工后零件的外径与厚度之比为18～20，同时在第一面上外径为200mm的范围内，其面形为低1个光圈；再对零件的四周进行倒角；
步骤三、对整个零件采用全封蜡方式上盘，将零件粘接在玻璃垫板上，对零件的第二面进行环型精磨，使加工后的零件厚度比主镜的要求厚度要厚0.15mm～0.25mm；再用丙酮或者溶蜡剂泡掉零件表面的封蜡，并清洗干净；对第二面进行细沙研磨，确保第二面的面形为低圈；
步骤四、在第一面上涂一层光学保护漆，在磁性压盘内垫一层湿润的棉布，将零件放入磁性压盘的凹槽内，确保零件的第一面与棉布之间相互吸引；将磁性压盘上的零件对准加工设备中的抛光磨具，并对第二面进行抛光；
步骤五、在抛光之前，对加有氧化铈的抛光液采用超声波清洗机进行超声波振动20分钟，抛光液和环境温度均控制在22～25度；对第二面进行抛光的过程中，需采用大外径干涉仪对面形进行在线控制；当抛光的面形达到低2个光圈后，再将零件换至专用抛光机上进行浸液抛光，使抛光液完全淹没整个零件，并对第二面进行修正，确保第二面的面形为低1个圈；
步骤六、将磁性压盘连带零件放入超声波清洗槽内，要求零件向上，且在零件周围加设有保护措施；振动10～20分钟，使零件与磁性压盘自动分开。
2.如权利要求1所述的大外径变形镜主镜的加工方法，其特征在于：在步骤三中，在确保第二面的面形为低圈的过程中，采用简易球径仪测量，在第二面的任意Φ180范围内，测得矢高误差与标准平面镜为小于0.005mm。
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