CN108581715B - 一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统。其中，方法包括根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数计算驻留时间函数，以确定第一加工路径；根据第一加工路径对其进行抛光加工，直至其波前PV值不大于预设PV阈值；然后根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数计算匀滑驻留时间函数，以确定第二加工路径；根据第二加工路径进行二次抛光加工，直至其RMS值不大于预设GRMS阈值；最后基于匀滑抛光工艺确定伪随机式加工路径，根据伪随机式加工路径进行三次抛光加工，直至其波前PSD1 RMS值、面形PSD2 RMS值和表面粗糙度RMS值均达到合格值，完成元件加工。本申请实现了光学玻璃元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

Description

一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及光学精密加工领域，特别是涉及一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统。

背景技术

随着激光技术的快速发展，基于激光技术制备的各类激光系统应用在各行各业，例如，激光扫平仪运用于农业机械进行平地，运用于公路桥梁建设进行桥梁检测，用于建筑行业进行水平面标高。对于高功率激光系统，为了确保系统正常稳定高精度工作，需要严格控制传输光束的空间调制。

光学玻璃制备的各类光学元件，一般在激光系统中用于传输光束和转换光束的方向，光学玻璃元件加工的精度对整个激光光学系统的稳定性具有很大的影响。例如大口径平面反射镜在ICF激光装置中起光束传输和方向转换作用，工作于基频段，分别在靶场的不同位置和不同角度下使用，具有外形尺寸大、加工难度高、需求数量多等特点。

根据调制波长或空间调制，可将波前误差划分为低频段波前误差(L>33mm，L为波前误差空间长度)、中频段波前误差(33mm>L>0.12mm)和高频段波前误差(L<0.12m)。光学元件的高频段波前误差会引起部分光的散射，从而导致激光能量的损失；中频段波前误差会引起较大的强度峰值，对光学元件造成破损，同时，中频表面不规则度产生的小角度散射会加宽中心亮度，将极大地降低光学系统的分辨率；低频段波前误差会引起激光光束的偏离，降低会聚光束的能量并影响激光光斑的形状，从而影响高功率激光系统的正常工作。可见，严格控制光学元件表面的全频段波前误差，实现全频段指标(低频的峰谷值(peak-valleyvalue，PV)和波前梯度均方根值(Gradient Root-mean Square，GRMS)、中频的功率谱密度均方根值(power spectral density Root-mean Square，PSD RMS)和高频的表面粗糙度均方根值(Root-mean Square，RMS))合格加工，对整个光学系统至关重要。

在现有技术中，光学玻璃元件的全频段指标加工方法为基于磁流变抛光与环形抛光相结合的加工方法，该加工方法通过结合子孔径抛光的确定性和全口径抛光的匀滑特性，首先利用磁流变抛光技术实现低频指标的合格加工，然后转入环形抛光进行保形抛光，在不破坏低频面形的前提下，实现中高频误差的修正抛光，最终实现全频段指标合格加工。但是该方法要求环形抛光不但要具备高面形精度的保持能力，同时还要具备面形分布的保持能力，然而，环形抛光盘尺寸比光学玻璃元件尺寸大得多，抛光盘无法很好的贴合元件表面，极容易造成局部材料过量去除，使加工过程反复，不仅导致全频段指标加工的精度下降，而且加工周期延长，加工效率低。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统，实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种光学玻璃元件的数控加工方法，包括：

根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；

根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；

采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据所述第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值；

其中，所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。

可选的，所述光学玻璃元件为大口径平面反射镜。

可选的，所述PV阈值为λ/3(λ＝632.8nm)，所述GRMS阈值为7.7nm/cm，所述PSD1阈值为1.8nm，所述PSD2阈值为1.1nm，所述粗糙度阈值为0.4nm。

可选的，所述根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值包括：

根据所述第一加工路径，利用数控抛光机床加工所述大口径平面反射镜的抛光表面；

根据平面干涉仪采集抛光后的大口径平面反射镜的反射波前信息，得到所述大口径平面反射镜的反射波前PV值；

判断所述反射波前PV值是否不大于预设PV阈值；

若否，则继续根据所述第一加工路径对所述大口径平面反射镜进行抛光加工；若是，则执行后续操作。

可选的，所述根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数为：

对所述光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，得到驻留时间函数；

所述根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数为：

对匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数进行反卷积计算，得到匀滑驻留时间函数。

可选的，所述第一加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径；所述第二加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径。

可选的，所述光栅式加工路径的各条路径横向平行分布或各条路径纵向平行分布。

可选的，所述伪随机式加工路径为由当前加工路径和下一条加工路径相连且夹角呈60°的多条均匀分布路径构成，各加工路径互不相交。

本发明实施例另一方面提供了一种光学玻璃元件的数控加工装置，包括：

局部高带面形加工模块，用于根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；

匀滑拟合面形加工模块，用于根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；所述匀滑拟合面形误差数据为所述原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据；

小尺度匀滑加工模块，用于采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的伪随机式加工路径，根据所述伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS不大于预设粗糙度阈值。

本发明实施例最后还提供了一种光学玻璃元件的数控加工系统，包括数控抛光机床、平面干涉仪、粗糙度检测仪及处理器；

所述处理器分别与所述数控抛光机床、所述平面干涉仪和所述粗糙度检测仪相连接，实现如前任一项所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序；

所述数控抛光机床用于根据所述处理器发送的包含加工路径的加工指令，对光学玻璃元件的抛光表面进行加工；

所述平面干涉仪用于采集抛光后的光学玻璃元件的波前信息，并将采集的波前信息发送至所述处理器中，以得到所述光学玻璃元件的波前PV值、GRMS值和波前PSD1RMS值；

所述粗糙度检测仪用于采集抛光后的光学玻璃元件的面形PSD2信息和表面粗糙度信息，并将所述面形PSD2信息和所述表面粗糙度信息发送至所述处理器中，以得到所述光学玻璃元件的面形PSD2RMS值和表面粗糙度RMS值。

本发明实施例提供了一种光学玻璃元件的数控加工方法，首先根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数计算驻留时间函数，以确定第一加工路径；根据第一加工路径对光学玻璃元件进行抛光加工，直至其波前PV值不大于预设PV阈值；然后根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数计算匀滑驻留时间函数，以确定第二加工路径；根据第二加工路径进行二次抛光加工，直至其RMS值不大于预设GRMS阈值；最后基于匀滑抛光工艺确定光伪随机式加工路径，根据该伪随机式加工路径进行三次抛光加工，直至其波前PSD1RMS值、面形PSD2RMS值和表面粗糙度RMS值均达到合格值，完成整个光学玻璃元件的加工。

本申请提供的技术方案的优点在于，利用第一加工路径快速去除光学玻璃元件的局部面形高带，实现低频PV值指标加工合格；在PV指标加工合格的基础上，利用第二加工路径去除波前PV值加工后残余的大尺度波前突变，实现低频GRMS值指标加工合格；基于单次微量去除、多次加工的小尺度匀滑加工处理后，在不破坏低频的PV及GRMS指标前提下，利用第三伪随机式加工路径去除匀滑拟合面形加工后残余的小尺度加工波纹，实现了中频PSD1指标、中频PSD2指标和高频表面粗糙度指标的合格加工。通过对光学玻璃元件进行三次抛光加工，实现了光学玻璃元件全频段指标的合格加工。解决了现有技术中由于抛光盘无法很好的贴合元件表面，造成局部材料过量去除，而导致的全频段指标加工的精度下降和加工效率低的问题，有利于提高光学玻璃元件的加工精度和加工效率。

此外，本发明实施例还针对光学玻璃元件的数控加工方法提供了相应的实现装置及系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及系统具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光学玻璃元件的数控加工方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光栅式加工路径的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光栅式加工路径的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种伪随机式加工路径的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种伪随机式加工路径的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种匀滑面拟合加工示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种光学玻璃元件的数控加工方法的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的光学玻璃元件的数控加工装置的一种具体实施方式结构框图；

图9为本发明实施例提供的光学玻璃元件的数控加工系统的一种具体实施方式结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

现有的光学玻璃元件的全频段指标加工方法，一种为完全基于确定性环形抛光技术的加工方法，另一种为基于磁流变抛光与环形抛光相结合的加工方法。

本申请的发明人经过研究发现，前者尽管通过提高低频面形精度，实现光学元件全频段指标的合格加工。但是在元件面形的控制上仍然部分依赖于操作者的经验，加工确定性和加工稳定性较差；另外，相比于圆形元件，矩形元件的环形抛光更容易产生明显的塌边塌角现象，这种塌边塌角面形会导致低频的GRMS指标和中频的PSD指标增大，影响光学玻璃元件最终的加工精度和加工效率。

而后者由于环形抛光盘尺寸比光学玻璃元件尺寸大得多，抛光盘无法很好的贴合元件表面，无法满足高面形精度和面形分布的保持能力，极容易造成局部材料过量去除，使加工过程反复，不仅导致全频段指标加工的精度下降，而且加工周期延长，加工效率低。

鉴于此，本申请提供了一种全频段指标高效数控加工方法，经过局部高带面形加工、匀滑拟合面形加工及小尺度匀滑加工三个数控加工步骤，实现全频段指标(低频PV、GRMS指标、中频PSD指标及高频RMS指标)的高精度、高效加工，满足高功率激光系统使用要求。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种光学玻璃元件的数控加工方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S101：根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据驻留时间函数确定光学玻璃元件的第一加工路径；根据第一加工路径对光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值。

光学玻璃元件可为任何一种基于光学玻璃制备的、用于对光束进行传输或改变光束传播方向的光学元件，例如大口径平面反射镜、各类透镜、棱镜等。

面形误差数据为光学玻璃元件的原始面形数据与参考光学表面的面形数据之间的误差数据，参考光学表面的面形数据例如可为绝对水平的目标收敛面形数据。原始面形数据为利用相匹配分辨率的平面干涉仪检测得到的面形数据，例如，大口径平面反射镜的原始面形数据可利用600mm口径平面干涉仪上检测得到。

去除函数可为基于光学玻璃元件的预设抛光参数，在单位时间内材料去除量的分布函数，抛光参数可为用户根据实际加工需求所需的一些特定的抛光参数，用户可将这些抛光参数直接输入系统中。

驻留时间函数用于在对光学玻璃元件进行加工时确定每条加工路径的加工时间。具体的，可通过对光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，以得到驻留时间函数。

第一加工路径可为光栅式加工路径或伪随机式加工路径，也可为其他任何一种形式的加工路径，本申请对此不做任何限定。

其中，光栅式加工路径可为各条路径横向平行分布的加工路径(图2所示)，也可为各条路径呈纵向平行分布构成的加工路径(如图3所示)，还可为路径与水平面呈一定夹角(如45°)的平行分布的多条路径构成，这均不影响本申请的实现。

伪随机式加工路径可为由当前加工路径和下一条加工路径相连且夹角呈60°的多条均匀分布路径构成，且各加工路径互不相交，如图4和图5所示。当然，伪随机加工路径也可为首尾相连、呈现90°均匀分布且各不相交的多条路径构成。

在对光学玻璃元件进行抛光加工时，可利用数控抛光机床加工光学玻璃元件的抛光表面，例如三轴数控抛光机床。第一次抛光加工，在得到第一加工路径后，可向数控加工机床发送包含第一加工路径的加工指令，数控加工机床根据加工指令对光学玻璃元件进行加工，快速去除光学玻璃的局部面形高带。

利用平面干涉仪实时监测抛光加工后的光学元件的波前信息，例如反射波前信息，或者是透射波前信息。根据平面干涉仪检测得到的波前信息得到光学玻璃元件的波前PV值。

检测光学元件的波前信息时，可采用与加工光学玻璃元件尺寸相匹配分辨率的平面干涉仪，当然也可采用任何分辨率的平面干涉仪，当当前采用的平面干涉仪不足以一次性采集光学玻璃器件整个抛光面的波前信息时，可通过扫描方式采集不同区域的波前信息进行拼接，这均不影响本申请的实现。

预设PV阈值为光学玻璃元件低频PV指标合格的一个阈值，例如，预设PV阈值可为λ/3(λ＝632.8nm)，当光学玻璃元件当前的波前PV值不大于预设PV阈值时(PV≤λ/3)，光学玻璃元件的低频PV指标则加工合格，转入S102波前梯度均方根指标的加工；而当光学玻璃元件当前的波前PV值大于预设PV阈值时，光学玻璃元件的低频PV指标加工不合格，继续按照第一加工路径进行加工，直至检测得到的当前波前PV值不大于预设PV阈值，也就是光学玻璃元件的低频PV指标加工合格为止。

S102：根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据匀滑驻留时间函数确定光学玻璃元件的第二加工路径；根据第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值。

匀滑拟合面形误差数据为光学玻璃元件的原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据，请参阅图6所示，具体的，匀滑拟合算法可为最小二乘法或者三次B样条曲线拟合算法，本申请对此不做任何限定

匀滑驻留时间函数用于在对光学玻璃元件进行二次加工时确定每条加工路径的加工时间。具体的，可通过对匀滑拟合面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，得到匀滑驻留时间函数。

第二加工路径可为光栅式加工路径或伪随机式加工路径，光栅式加工路径或伪随机式加工路径的形式可与第一加工路径的形式相同，也可不同，这均不影响本申请的实现。

在对光学玻璃元件进行二次抛光加工时，同样可利用数控抛光机床加工光学玻璃元件的抛光表面，在得到第二加工路径后，可向数控加工机床发送包含第二加工路径的加工指令，数控加工机床根据加工指令对光学玻璃元件进行二次加工，去除波前PV加工后残余的大尺度波前突变，实现匀滑拟合面形加工。

利用平面干涉仪实时监测抛光加工后的光学元件的波前信息，例如反射波前信息，或者是透射波前信息。根据平面干涉仪检测得到的波前信息得到光学玻璃元件的波前GRMS值。

检测光学元件的波前信息时，可采用与加工光学玻璃元件尺寸相匹配分辨率的平面干涉仪，当然也可采用任何分辨率的平面干涉仪，当当前采用的平面干涉仪不足以一次性采集光学玻璃器件整个抛光面的波前信息时，可通过扫描方式采集不同区域的波前信息进行拼接，这均不影响本申请的实现。

预设GRMS阈值为光学玻璃元件低频GRMS指标合格的一个阈值，例如，预设GRMS阈值可为7.7nm/cm，当光学玻璃元件当前的GRMS值不大于预设GRMS阈值时(例如GRMS≤7.7nm/cm)，光学玻璃元件的低频GRMS指标则加工合格，转入S103中频和高频指标的加工；而当光学玻璃元件当前的GRMS值大于预设GRMS阈值时，光学玻璃元件的低频GRMS指标加工不合格，继续按照第二加工路径进行加工，直至检测得到的当前GRMS值不大于预设GRMS阈值，也就是光学玻璃元件的低频GRMS指标加工合格为止。

S103：采用匀滑抛光工艺，确定光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值。

在经过S101的单次微量去除、S102的多次加工的小尺度匀滑处理之后，采用匀滑抛光工艺确定第三伪随机加工路径，该多重伪随机式加工路径可以与S101或S102中的伪随机加工数据类型相同，也可不同，这均不影响本申请的实现。

第三伪随机加工路径可利用三轴数控抛光机床加工光学玻璃元件的抛光表面，在不破坏低频PV及GRMS指标的前提下，去除匀滑拟合面形加工后残余的小尺度加工波纹，实现小尺度匀滑加工，使得光学玻璃元件的中高频指标加工合格。

光学玻璃元件的中频指标可为波前PSD1RMS和面形PSD2RMS值，高频指标为表面粗糙度RMS值。波前PSD1RMS可通过平面干涉仪检测光学玻璃元件的波前信息所得；对于大口径平面反射镜，可先利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的波前PV指标，再利用800mm口径平面干涉仪检测抛光后的中频波前PSD1RMS指标。利用粗糙度仪可获得面形PSD2RMS指标和表面粗糙度RMS指标。

预设PSD1阈值、PSD2阈值及粗糙度阈值为光学玻璃元件中高频指标合格相对应的阈值。例如。预设PSD1阈值可为1.8nm，预设PSD2阈值可为1.1nm，预设粗糙度阈值可为0.4nm。

经过上述三个步骤，光学玻璃元件的低频、中频和高频指标均加工合格后，完成整个光学玻璃元件的加工过程，实现全频段指标合格加工。举例来说，当光学玻璃元件的波前PV值不大于λ/3，GRMS值不大于7.7nm/cm，波前PSD1RMS值不大于1.8nm，面形PSD2RMS值不大于1.1nm，表面粗糙度RMS值不大于0.4nm时，完成整个元件加工。

在本发明实施例提供的技术方案中，利用第一加工路径快速去除光学玻璃元件的局部面形高带，实现低频PV值指标加工合格；在PV指标加工合格的基础上，利用第二加工路径去除波前PV值加工后残余的大尺度波前突变，实现低频GRMS值指标加工合格；基于单次微量去除、多次加工的小尺度匀滑加工处理后，在不破坏低频的PV及GRMS指标前提下，利用第三伪随机式加工路径去除匀滑拟合面形加工后残余的小尺度加工波纹，实现了中频PSD1指标、中频PSD2指标和高频表面粗糙度指标的合格加工。通过对光学玻璃元件进行三次抛光加工，实现了光学玻璃元件全频段指标的合格加工。解决了现有技术中由于抛光盘无法很好的贴合元件表面，造成局部材料过量去除，而导致的全频段指标加工的精度下降和加工效率低的问题，有利于提高光学玻璃元件的加工精度和加工效率，此外，本申请提供的数控加工方法成本低廉，具有好的社会经济效益。

由于大口径平面反射镜在ICF激光装置中起光束传输和方向转换作用，具有外形尺寸大、加工难度高、需求数量多等特点。为了使本领域技术人员更加清楚明白本申请的技术方案，本申请以大口径平面反射镜为例，阐述本申请的技术方案，请参阅图7，在基于反射波前PV优于1λ(λ＝632.8nm)的条件下，具体的可包括以下内容：

S701：根据大口径平面反射镜的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据驻留时间函数确定第一加工路径。

S702：根据第一加工路径，利用三轴数控抛光机床对大口径平面反射镜进行抛光加工，利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息。

S703：判断反射波前PV值是否不大于λ/3(λ＝632.8nm)，若是，则执行S704；若否，则返回S702。

S704：根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据匀滑驻留时间函数确定第二加工路径。

S705：根据第二加工路径，利用三轴数控抛光机床对大口径平面反射镜进行抛光加工，利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息。

S706：判断反射波前GRMS值是否不大于7.7nm/cm，若是，则执行S707；若否，则返回S705。

S707：采用匀滑抛光工艺，确定第三伪随机式加工路径。

S708：根据第三伪随机式加工路径，利用三轴数控抛光机床对大口径平面反射镜进行抛光加工，利用平面干涉仪和粗糙度仪检测中高频信息。

具体的，可利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息，利用800mm口径平面干涉仪检测抛光后的中频PSD1指标信息，利用粗糙度仪检测抛光后的中频PSD2及粗糙度指标信息。

S709：判断波前PSD1RMS值是否不大于1.8nm、面形PSD2RMS值是否不大于1.1nm且表面粗糙度RMS是否不大于0.4nm；若是，则完成大口径平面反射镜的加工过程；若否，则返回S708。

当大口径平面反射镜的反射波前PV值不大于λ/3，GRMS值不大于7.7nm/cm，反射波前PSD1RMS值不大于1.8nm，面形PSD2RMS值不大于1.1nm，表面粗糙度RMS值不大于0.4nm时，完成整个元件加工。其中，反射波前PV值、反射波前梯度GRMS值为33mm低通滤波结果，反射波前PSD11RMS值为33mm～2.5mm带通滤波结果，面形PSD21RMS值为2.5mm～0.12mm带通滤波结果，表面粗糙度RMS值为0.12mm～0.01mm带通滤波结果。

举例来说，当加工对象为一块外形尺寸为610mm×440mm×85mm的K9材料传输反射镜，初始反射波前PV为0.92λ(λ＝632.8nm)，反射波前梯度GRMS为37.4 5nm/cm，反射波前PSD1RMS值为3.35nm。

首先根据面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，规划横向分布光栅式加工路径(如图2所示)，利用OP1000三轴数控抛光机床加工大口径平面反射镜的局部面形高带，利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息。当反射波前PV值小于λ/3时，根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数，计算匀滑驻留时间函数，规划伪随机式加工路径(如图4所示)，利用OP1000三轴数控抛光机床去除大口径平面反射镜表面的大尺度波前突变，利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息。当反射波前梯度GRMS值小于7.7nm/cm时，采用匀滑抛光工艺，规划四条各不相同的伪随机式加工路径，利用OP1000三轴数控抛光机床均匀去除大口径平面反射镜表面的小尺度加工波纹，利用600mm口径平面干涉仪检测抛光后的反射波前信息，利用800mm口径平面干涉仪检测抛光后的中频PSD1指标，利用粗糙度仪检测抛光后的中频PSD2及粗糙度指标，当反射波前PV值小于λ/3(λ＝632.8nm)，反射波前梯度GRMS值小于7.7nm/cm，反射波前PSD11RMS值小于1.8nm，面形PSD22RMS值小于1.1nm，表面粗糙度RMS值小于0.4nm时，完成元件加工。

经过6个数控加工周期，加工完成的传输反射镜反射波前PV为0.091λ，反射波前梯度GRMS为5.91nm/cm，反射波前PSD1RMS为1.29nm，面形PSD2RMS为0.26nm，表面粗糙度RMS为0.18nm。全频段指标满足高功率激光系统使用要求。

由上可知，本发明实施例经过局部高带面形加工、匀滑拟合面形加工及小尺度匀滑加工三个数控加工步骤，实现大口径平面反射镜全频段指标的高精度、高效加工，且加工成本低。

本发明实施例还针对光学玻璃元件的数控加工方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的光学玻璃元件的数控加工装置进行介绍，下文描述的光学玻璃元件的数控加工装置与上文描述的光学玻璃元件的数控加工方法可相互对应参照。

参见图8，图8为本发明实施例提供的光学玻璃元件的数控加工装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：

局部高带面形加工模块801，用于根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据驻留时间函数确定光学玻璃元件的第一加工路径；根据第一加工路径对光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值。

匀滑拟合面形加工模块802，用于根据匀滑拟合面形误差数据与去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据匀滑驻留时间函数确定光学玻璃元件的第二加工路径；根据第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；匀滑拟合面形误差数据为原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。

小尺度匀滑加工模块803，用于采用匀滑抛光工艺，确定光学玻璃元件的伪随机式加工路径，根据伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS不大于预设粗糙度阈值。

本发明实施例所述光学玻璃元件的数控加工装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

本发明实施例还提供了一种光学玻璃元件的数控加工设备，具体可包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤。

本发明实施例所述光学玻璃元件的数控加工设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有光学玻璃元件的数控加工程序，所述光学玻璃元件的数控加工程序被处理器执行时如上任意一实施例所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤。

本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

最后，本发明实施例还提供了一种光学玻璃元件的数控加工系统，请参阅图9，具体可包括：

数控抛光机床901、平面干涉仪902、粗糙度检测仪903及处理器904。

处理器904分别与数控抛光机床901、平面干涉仪902和粗糙度检测仪903相连接，处理器904用于执行存储器中存储的计算机程序，可实现如上任意一实施例所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤。

数控抛光机床901用于根据处理器904发送的包含加工路径的加工指令，对光学玻璃元件的抛光表面进行加工。

平面干涉仪902用于采集抛光后的光学玻璃元件的波前信息，并将采集的波前信息发送至处理器中，以得到光学玻璃元件的波前PV值、GRMS值和波前PSD1RMS值。

平面干涉仪902的分辨率可根据具体的加工光学玻璃元件的类型确定。在整个系统中，可包含多个不同分辨率的平面干涉仪，例如600nm口径的平面干涉仪和800nm口径的平面干涉仪。

粗糙度检测仪903用于采集抛光后的光学玻璃元件的面形PSD2信息和表面粗糙度信息，并将面形PSD2信息和表面粗糙度信息发送至处理器中，以得到光学玻璃元件的面形PSD2RMS值和表面粗糙度RMS值。

本发明实施例所述光学玻璃元件的数控加工系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例实现了元件全频段指标的合格加工，提高了光学玻璃元件的加工效率和加工精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种光学玻璃元件的数控加工方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，包括：

根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；

根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；

采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的第三伪随机式加工路径，根据所述第三伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1 RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2 RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS值不大于预设粗糙度阈值；

其中，所述匀滑拟合面形误差数据为原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述光学玻璃元件为大口径平面反射镜。

3.根据权利要求2所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述PV阈值为λ/3(λ＝632.8nm)，所述GRMS阈值为7.7nm/cm，所述PSD1阈值为1.8nm，所述PSD2阈值为1.1nm，所述粗糙度阈值为0.4nm。

4.根据权利要求2所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值包括：

根据所述第一加工路径，利用数控抛光机床加工所述大口径平面反射镜的抛光表面；

根据平面干涉仪采集抛光后的大口径平面反射镜的反射波前信息，得到所述大口径平面反射镜的反射波前PV值；

判断所述反射波前PV值是否不大于预设PV阈值；

若否，则继续根据所述第一加工路径对所述大口径平面反射镜进行抛光加工；若是，则执行后续操作。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数为：

对所述光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数进行反卷积计算，得到驻留时间函数；

所述根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数为：

对匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数进行反卷积计算，得到匀滑驻留时间函数。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述第一加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径；所述第二加工路径为光栅式加工路径或伪随机式加工路径。

7.根据权利要求6所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述光栅式加工路径的各条路径横向平行分布或各条路径纵向平行分布。

8.根据权利要求6所述的光学玻璃元件的数控加工方法，其特征在于，所述伪随机式加工路径为由当前加工路径和下一条加工路径相连且夹角呈60°的多条均匀分布路径构成，各加工路径互不相交。

9.一种光学玻璃元件的数控加工装置，其特征在于，包括：

局部高带面形加工模块，用于根据光学玻璃元件的面形误差数据与去除函数，计算驻留时间函数，根据所述驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第一加工路径；根据所述第一加工路径对所述光学玻璃元件进行抛光加工，直至抛光后的光学玻璃元件的波前PV值不大于预设PV阈值；

匀滑拟合面形加工模块，用于根据匀滑拟合面形误差数据与所述去除函数，计算匀滑驻留时间函数，根据所述匀滑驻留时间函数确定所述光学玻璃元件的第二加工路径；根据所述第二加工路径对抛光后的光学玻璃元件进行二次抛光加工，直至二次抛光后的光学玻璃元件的GRMS值不大于预设GRMS阈值；所述匀滑拟合面形误差数据为原始面形数据经过匀滑拟合算法处理后得到的目标收敛面形数据；

小尺度匀滑加工模块，用于采用匀滑抛光工艺，确定所述光学玻璃元件的伪随机式加工路径，根据所述伪随机式加工路径对二次抛光后的光学玻璃元件进行三次抛光加工，直至三次抛光后的光学玻璃元件的波前PSD1 RMS值不大于预设PSD1阈值、面形PSD2 RMS值不大于预设PSD2阈值和表面粗糙度RMS不大于预设粗糙度阈值。

10.一种光学玻璃元件的数控加工系统，其特征在于，包括数控抛光机床、平面干涉仪、粗糙度检测仪及处理器；

所述处理器分别与所述数控抛光机床、所述平面干涉仪和所述粗糙度检测仪相连接，实现如权利要求1至8任一项所述光学玻璃元件的数控加工方法的步骤，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序；

所述数控抛光机床用于根据所述处理器发送的包含加工路径的加工指令，对光学玻璃元件的抛光表面进行加工；

所述平面干涉仪用于采集抛光后的光学玻璃元件的波前信息，并将采集的波前信息发送至所述处理器中，以得到所述光学玻璃元件的波前PV值、GRMS值和波前PSD1 RMS值；

所述粗糙度检测仪用于采集抛光后的光学玻璃元件的面形PSD2信息和表面粗糙度信息，并将所述面形PSD2信息和所述表面粗糙度信息发送至所述处理器中，以得到所述光学玻璃元件的面形PSD2 RMS值和表面粗糙度RMS值。