CN108446423B - 一种光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法，工艺与参数选择方法实施步骤包括：针对目标光学元件建立加工有限参数库，计算每一组工艺与参数的修形效率FA，选择修形效率FA值最大的一组工艺与参数作为输出的最优工艺与参数。工艺与参数选择方法的应用方法的实施步骤包括确定最优工艺与参数，根据最优工艺与参数对目标光学元件进行面形迭代加工直至目标光学元件的面形精度是否满足指定条件。本发明能够避免人工判断失据，实现光学元件高效高精度加工的工艺路线制定，通过最优参数选取准则，客观全面的评价最适合当前面形的各工艺及参数，避免人员选择工艺带来的不确定与不客观，有效提升工艺选取的准确性。

Description

一种光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法

技术领域

本发明涉及光学零件抛光技术，具体涉及一种光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法。

背景技术

根据光学的衍射理论，增大光学系统的口径是提高系统分辨率的有效手段。随着光学技术的发展，新一代的光学系统中所使用的光学元件对面形精度的要求越来越高，对光学加工技术提出了更高要求。高精度光学元件的加工是一个复杂、漫长的过程，其工艺流程包括：铣磨成型，数控研磨，粗抛光，精抛光等。高精度光学元件的加工过程不可能依靠一种工艺或抛光工具就能够完成，如何在全局修形过程中合理选择不同阶段的工艺及参数，目前依然多基于人员经验，并无量化的选择指标。该方法起作用，但不是最佳的。光学元件高效高精度加工的工程实践急需一种确定可控的工艺路线制定策略方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法，本发明能够避免人工判断失据，实现光学元件高效高精度加工的工艺路线制定，通过最优参数选取准则，客观全面的评价最适合当前面形的各工艺及参数，避免人员选择工艺带来的不确定与不客观，有效提升工艺选取的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种光学元件面形加工的工艺与参数选择方法，实施步骤包括：

1)针对目标光学元件建立加工有限参数库，所述加工有限参数库包括用于对目标光学元件进行面形加工的至少两组以上的工艺与参数；

2)计算每一组工艺与参数的修形效率FA；

3)选择修形效率FA值最大的一组工艺与参数作为输出的最优工艺与参数。

优选地，步骤2)中计算每一组工艺与参数的修形效率FA的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，RMS_before为使用去除函数仿真加工前的面形RMS值，RMS_after为使用去除函数仿真加工后的面形RMS值，T为仿真加工时间，RMS_E为待加工面形中可修正的低频误差成分值，RMS_HE为待加工面形中不可修正的高频误差成分值。

本发明还提供一种前述光学元件面形加工的工艺与参数选择方法的应用方法，实施步骤包括：

S1)针对目标光学元件采用所述的光学元件面形加工的工艺与参数选择方法选择确定最优工艺与参数；

S2)根据最优工艺与参数对目标光学元件进行面形加工指定时间；

S3)对目标光学元件的面形进行测量；

S4)判断目标光学元件的面形精度是否满足指定条件，如果尚未满足指定条件则跳转执行步骤S2)；否则，结束并退出。

本发明光学元件面形加工的工艺与参数选择方法的优点为：

1、本发明通过计算每一组工艺与参数的修形效率FA，选择修形效率FA值最大的一组工艺与参数作为输出的最优工艺与参数，能够避免人工判断失据，实现光学元件高效高精度加工的工艺路线制定，通过最优参数选取准则，客观全面的评价最适合当前面形的各工艺及参数，避免人员选择工艺带来的不确定与不客观，有效提升工艺选取的准确性。

2、本发明计算每一组工艺与参数的修形效率FA的函数表达式进一步如式(1)所示，如式(1)所示修形效率FA的函数表达式包含去除函数对误差频段修形能力的评价与单位时间内去除函数的加工收敛比，因此，结合抛光工具的光顺特性，可以实现全频段范围误差快速收敛的参数选取。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例中目标光学元件的初始面形误差分布图。

图3为本发明实施例中目标光学元件的加工过程面形收敛图。

图4为本发明实施例中目标光学元件的最终面形误差分布图。

具体实施方式

下文将以某Φ540mmSiC离轴非球面反射镜为例，对本发明光学元件面形加工的工艺与参数选择及其应用方法进行进一步的说明。

如图1所示，本实施例光学元件面形加工的工艺与参数选择方法的实施步骤包括：

1)针对目标光学元件建立加工有限参数库，加工有限参数库包括用于对目标光学元件进行面形加工的至少两组以上的工艺与参数；

2)计算每一组工艺与参数的修形效率FA；

3)选择修形效率FA值最大的一组工艺与参数作为输出的最优工艺与参数。

本实施例中，步骤2)中计算每一组工艺与参数的修形效率FA的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，RMS_before为使用去除函数仿真加工前的面形RMS值，RMS_after为使用去除函数仿真加工后的面形RMS值，T为仿真加工时间，RMS_E为待加工面形中可修正的低频误差成分值，RMS_HE为待加工面形中不可修正的高频误差成分值。

本实施例中，步骤1)针对目标光学元件建立加工有限参数库时，根据非球面不匹配度选取Φ30mm抛光盘、Φ20mm抛光盘、Φ15mm抛光盘与磁流变四种去除函数作为加工有限参数库，加工有限参数库及计算得到的修形效率FA如表1所示。根据表1中的数据可知，Φ20mm抛光盘的修形效率FA值最大，可以认为目前阶段最优的参数是Φ20mm抛光盘。

表1：加工有限参数库及其修形效率FA。

本实施例光学元件面形加工的工艺与参数选择方法的应用方法的实施步骤包括：

S1)针对目标光学元件采用本实施例前述光学元件面形加工的工艺与参数选择方法选择确定最优工艺与参数；

S2)根据最优工艺与参数对目标光学元件进行面形加工指定时间(本实施例中为2小时)；

S3)对目标光学元件的面形进行测量；本实施例中，步骤S3)中对目标光学元件的面形进行测量具体采用零位补偿检测法，此外也可以根据需要采用其他检测方法；

S4)判断目标光学元件的面形精度是否满足指定条件，如果尚未满足指定条件则跳转执行步骤S2)；否则，结束并退出。本实施例中，步骤S4)判断目标光学元件的面形精度是否满足指定条件具体是指面形精度RMS的值小于0.02λ，如需达到高精度要求则面形精度RMS的值要求更低，例如一般大口径光学元件λ/50可以算是高精度，也有更高要求会到λ/70甚至λ/100。至于小口径光学元件一般要到5nm也就是约λ/125以内算是高精度。

本实施例中，目标光学元件的初始面形误差分布如图2所示，面形精度RMS为0.099λ(λ＝632.8nm)。整个加工过程面形RMS收敛曲线如图4所示。最终面形误差分布如图4所示，面形精度RMS达到了0.018λ。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种光学元件面形加工的工艺与参数选择方法，其特征在于实施步骤包括：

1)针对目标光学元件建立加工有限参数库，所述加工有限参数库包括用于对目标光学元件进行面形加工的至少两组以上的工艺与参数；

2)计算每一组工艺与参数的修形效率FA；且计算每一组工艺与参数的修形效率FA的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，RMS_before为使用去除函数仿真加工前的面形RMS值，RMS_after为使用去除函数仿真加工后的面形RMS值，T为仿真加工时间，RMS_E为待加工面形中可修正的低频误差成分值，RMS_HE为待加工面形中不可修正的高频误差成分值；

3)选择修形效率FA值最大的一组工艺与参数作为输出的最优工艺与参数。

2.一种权利要求1所述的光学元件面形加工的工艺与参数选择方法的应用方法，其特征在于，实施步骤包括：

S1)针对目标光学元件采用权利要求1所述的光学元件面形加工的工艺与参数选择方法选择确定最优工艺与参数；

S2)根据最优工艺与参数对目标光学元件进行面形加工指定时间；

S3)对目标光学元件的面形进行测量；

S4)判断目标光学元件的面形精度是否满足指定条件，如果尚未满足指定条件则跳转执行步骤S2)；否则，结束并退出。

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