CN110039407B - 一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，属于反射镜光学加工技术领域，用于解决现有技术中减小/消除边缘效应方法，误差大、成本高的技术问题，本发明具体包括以下步骤，首先，对反射镜镜体的中孔内放置填充材料，计算出反射镜镜体的中孔边缘处的曲率半径值，根据曲率半径对垫块和填充材料的表面曲率进行精加工，然后，通过粘性材料将填充材料固化在反射镜镜体的中孔内，其次，对反射镜镜体进行抛光加工；然后，对反射镜镜体的中孔内填充材料通过去除试剂去除，本发明的快速抛光方法能够有效地减小反射镜镜体的边缘效应，具有降低加工成本，提高生产效率的有益效果。

Description

一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法

技术领域

本发明涉及反射镜光学加工技术领域，尤其涉及一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法。

背景技术

边缘效应，表面抛光是光学加工中不可缺少的步骤，小磨头工具在反射镜边缘处抛光时，由于受力面积的变化会导致去除函数在边缘处发生畸变，进而导致反射镜边缘处材料去除率发生变化，产生塌边或翘边，即为边缘效应；

目前，大口径反射镜通常带有带中孔，现有技术中减小/消除边缘效应的方法分为3种，但是，该3方法中均存在不同的缺点：

方法1：对边缘处去除函数进行理论建模，通过算法进行优化(《大中型光学非球面镜制造与测量新技术》李圣怡，戴一凡；国防工业出版社，2011年8月第一版，page 118～126)，这种方式的缺点在于：如附图4所示，小磨头与非球面的局部接触不是完全贴合的，而小磨头的基本理论假设就是二者紧密接触，因此理论建模与实际情况存在偏差，无法准确描述实际情况；另外，小磨头在反射镜边缘处与镜面接触时会产生微观形变，其去除函数常常发生局部畸变，这是因为抛光材料本身的柔性导致的，无法通过建模解决，因此算法优化只能一定程度上减小边缘效应，并且会引入新的误差。

方法2：对反射镜加工时，先加工大于图纸尺寸的材料，然后切割掉产生边缘效应的部分，如图5所示，这种方式的缺点在于：反射镜的材质为玻璃或其他硬度较低的材料有可实施性，但是，如果对陶瓷材料的反射镜，则会浪费材料，导致成本上升。

方法3：在反射镜的边缘进行外延，方法3本质上与方法2没有区别，均是将边缘效应移除反射镜的有效通光区域，这种方式的缺点在于：如图6所示，需要根据去除函数的尺寸制作出比反射镜本体更大的外延结构，间接导致成本上升，且实际使用中的可操作性低，存在较大的安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，能够有效减小边缘效应，具有加工成本低、易实现，提高生产效率的优点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，具体步骤包括：

步骤A：对反射镜镜体的中孔内放置填充材料；

步骤A1：计算出反射镜镜体的中孔边缘处的曲率半径值；

根据非球面方程：

其中c＝1/R₀为顶点曲率，R₀为顶点曲率半径，K为二次曲面常数，ρ为非球面的径向坐标，A_2n+2为高次项系数，M为非球面的总阶数，及根据反射镜的内孔设计值，计算出内孔边缘处曲率半径；

步骤A2：根据步骤A1计算出的曲率半径，对垫块和填充材料的表面曲率进行精加工，加工后，垫块和填充材料的表面曲率半径与反射镜镜体的中孔边缘处表面曲率半径相比误差范围为±1mm；

步骤A3：填充材料外径涂一层粘性材料，并将填充材料放置在反射镜镜体的中孔内，等待粘性材料固化；

其中，填充材料外径与反射镜镜体的中孔内径间隙不大于0.1mm，填充材料与反射镜镜体表面的高度差不大于20μm；

步骤A4：根据步骤A3，粘性材料固化后，反射镜镜体与填充材料呈一体结构地刚性连接状态，并且连接位置的耐受剪切力不大于100N；

步骤B：对反射镜镜体进行抛光加工；

步骤B1：抛光工具围绕自转轴旋转地向下移动至与反射镜镜体表面接触；

步骤B2：执行步骤B1后，抛光工具继续下移、并以抛光工具与反射镜镜体表面接触中心点为对称中心获取去除函数宽度，去除函数宽度是与抛光工具下降距离相关的函数，抛光工具与反射镜镜体接触面形成抛光接触面，抛光接触面与反射镜镜体矢高方向垂直；

其中，抛光工具在对反射镜镜体外边缘加工时，抛光工具的抛光接触面不应小于去除函数宽度的1/2；

步骤B3：填充材料通过具有缝隙填充性的去除试剂去除。

进一步的，步骤A3中粘性材料能够在室温23℃操作，操作时间不大于1小时，固化时间不大于24小时。

进一步的，步骤B1中的抛光工具为气囊抛光工具，抛光材料选择为聚氨酯或抛光革。

进一步的，步骤B3中的去除试剂为工业酒精或工业丙酮或石油醚或WD-40除胶剂。

在上述技术方案中，本发明提供的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法；

有益效果：该方法中，步骤A，有利于保证反射镜镜体中孔边缘效应小于1mm，步骤B，有利于保证反射镜镜体外边缘效应小于2mm，通过步骤A、步骤B，能够有效减小反射镜镜体的边缘效应，并且通过粘性材料将填充材料粘接在反射镜镜体中孔内，抛光完成后，填充材料能够通过去除剂快速地从反射镜镜体中孔内去除，不需要对反射镜镜体进行额外机械加工修整，减少加工步骤，降低了加工成本、易实现，有效地提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明公开的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法的反射镜中孔的高精度填充原理示意图；

图2是本发明公开的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法的去除函数偏置原理示意图；

图3是本发明公开的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法的反射镜镜体的反射面加工示意图。

图4是现有技术中“《大中型光学非球面镜制造与测量新技术》李圣怡，戴一凡；国防工业出版社，2011年8月第一版，page 118～126”研抛模露边时的压力分布图；

图5是现有技术中玻璃及其他低硬度反射镜材料的“切边式”加工方法示意图；

图6是现有技术中“镜体外延式”反射镜加工方法示意图。

附图标记说明：

1、反射镜镜体；2、填充材料；3、垫块；4、反射面；5、抛光工具；6、自转轴；7、接触中心点；8、去除函数宽度；9、抛光接触面。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

实施例一；

抛光带中孔的反射镜镜体1；

现结合附图1-3所示，具体说明有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，具体步骤包括：

步骤A：对反射镜镜体1的中孔内放置填充材料2；

参见图1所示：

步骤A1：计算出反射镜镜体1的中孔边缘处的曲率半径值；

根据非球面方程：

其中c＝1/R₀为顶点曲率，R₀为顶点曲率半径，K为二次曲面常数，ρ为非球面的径向坐标，A_2n+2为高次项系数，M为非球面的总阶数，及根据反射镜的内孔设计值，计算出内孔边缘处曲率半径；

步骤A2：根据步骤A1计算出的曲率半径，对垫块3和填充材料2的表面曲率进行精加工，加工后，垫块3和填充材料2的表面曲率半径与反射镜镜体1的中孔边缘处表面曲率半径相比误差范围为±1mm；另外，填充材料2的材质应选择与反射镜镜体1的去除率相近的材料；

步骤A3：填充材料2外径涂一层粘性材料，并将填充材料2放置在反射镜镜体1的中孔内，等待粘性材料固化；

其中，填充材料2外径与反射镜镜体1的中孔内径间隙不大于0.1mm，填充材料2与反射镜镜体1表面的高度差不大于20μm；

优选的，步骤A3中粘性材料能够在室温23℃操作，操作时间不大于1小时，固化时间不大于24小时。

步骤A4：根据步骤A3，粘性材料固化后，反射镜镜体1与填充材料2呈一体结构地刚性连接状态，并且连接位置的耐受剪切力不大于100N，当剪切力大于100N时，填充材料2从粘性材料层断裂脱离反射镜镜体1；

步骤B：对反射镜镜体1进行抛光加工；

参见图2、3所示：

步骤B1：抛光工具5围绕自转轴6旋转地向下移动至与反射镜镜体1表面接触；

步骤B2：执行步骤B1后，抛光工具5继续下移、并以抛光工具5与反射镜镜体1表面接触中心点7为对称中心获取去除函数宽度8，去除函数宽度8是与抛光工具5下降距离相关的函数，抛光工具5与反射镜镜体1接触面形成抛光接触面9，抛光接触面9与反射镜镜体1矢高方向垂直，抛光工具5的尺寸可根据反射镜镜体1的尺寸进行调节，优选的，抛光工具5的直径为反射镜镜体1直径的1/20～1/100，抛光工具5的曲率半径小于反射镜镜体1中心曲率半径的1/20。

其中，抛光工具5在对反射镜镜体1外边缘加工时，抛光工具5的抛光接触面9不应小于去除函数宽度8的1/2；

步骤B3：填充材料2通过具有缝隙填充性的去除试剂去除。

本实施例中，执行步骤A，对反射镜镜体1的中孔内放置填充材料2，有利于执行步骤B对反射镜镜体1中孔边缘进行抛光加工时，保证反射镜镜体中孔边缘效应小于1mm，同时，执行步骤B对反射镜镜体1外边缘加工时，有利于保证反射镜镜体外边缘效应小于2mm。

另外，本实施例中，优选的，步骤B1中的抛光工具5为气囊抛光工具，抛光材料选择为聚氨酯或抛光革。通过抛光工具5选为气囊抛光工具，可以提供稳定的压力，抛光材料为聚氨酯、抛光革，有利于保证稳定的去除效率。

本实施例中，优选的，步骤B3中的去除试剂为工业酒精或工业丙酮或石油醚或WD-40除胶剂。通过在反射镜镜体1与填充材料2连接位置喷涂工业酒精或工业丙酮或石油醚或WD-40除胶剂等具有缝隙填充性、无明显流动性的去除试剂，能够将填充材料2快速地从反射镜镜体1的中孔内去除，节约加工时间，提高了生产效率。

实施例二；

抛光不带中孔的反射镜镜体1时，具体执行步骤B即可，本实施例不在一一赘述。

上述实施例中，步骤A、步骤B不限于加工表面为平面结构的反射镜镜体1，也适用于加工表面为凹凸结构的反射镜镜体1，同样具有上述实施例的有益效果。

在上述技术方案中，本发明提供的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法；

有益效果：该方法中，步骤A，有利于保证反射镜镜体中孔边缘效应小于1mm，步骤B，有利于保证反射镜镜体外边缘效应小于2mm，通过步骤A、步骤B，能够有效减小反射镜镜体的边缘效应，并且通过粘性材料将填充材料粘接在反射镜镜体中孔内，抛光完成后，填充材料能够通过去除剂快速地从反射镜镜体中孔内去除，不需要对反射镜镜体进行额外机械加工修整，减少加工步骤，降低了加工成本、易实现，有效地提高了生产效率。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤A：对反射镜镜体(1)的中孔内放置填充材料(2)；

步骤A1：计算出反射镜镜体(1)的中孔边缘处的曲率半径值；

根据非球面方程：

其中c＝1/R₀为顶点曲率，R₀为顶点曲率半径，K为二次曲面常数，ρ为非球面的径向坐标，A_2n+2为高次项系数，M为非球面的总阶数，及根据反射镜的内孔设计值，计算出内孔边缘处曲率半径；

步骤A2：根据步骤A1计算出的曲率半径，对垫块(3)和填充材料(2)的表面曲率进行精加工，加工后，垫块(3)和填充材料(2)的表面曲率半径与反射镜镜体(1)的中孔边缘处表面曲率半径相比误差范围为±1mm；

步骤A3：填充材料(2)外径涂一层粘性材料，并将填充材料(2)放置在反射镜镜体(1)的中孔内，等待粘性材料固化；

其中，填充材料(2)外径与反射镜镜体(1)的中孔内径间隙不大于0.1mm，填充材料(2)与反射镜镜体(1)表面的高度差不大于20μm；

步骤A4：根据步骤A3，粘性材料固化后，反射镜镜体(1)与填充材料(2)呈一体结构地刚性连接状态，并且连接位置的耐受剪切力不大于100N；

步骤B：对反射镜镜体(1)进行抛光加工；

步骤B1：抛光工具(5)围绕自转轴(6)旋转地向下移动至与反射镜镜体(1)表面接触；

步骤B2：执行步骤B1后，抛光工具(5)继续下移、并以抛光工具(5)与反射镜镜体(1)表面接触中心点(7)为对称中心获取去除函数宽度(8)，去除函数宽度(8)是与抛光工具(5)下降距离相关的函数，抛光工具(5)与反射镜镜体(1)接触面形成抛光接触面(9)，抛光接触面(9)与反射镜镜体(1)矢高方向垂直；

其中，抛光工具(5)在对反射镜镜体(1)外边缘加工时，抛光工具(5)的抛光接触面(9)不应小于去除函数宽度(8)的1/2；

步骤B3：填充材料(2)通过具有缝隙填充性的去除试剂去除。

2.根据权利要求1所述的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，其特征在于；

步骤A3中粘性材料能够在室温23℃操作，操作时间不大于1小时，固化时间不大于24小时。

3.根据权利要求1所述的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，其特征在于；

步骤B1中的抛光工具(5)为气囊抛光工具，抛光材料选择为聚氨酯或抛光革。

4.根据权利要求1所述的一种有效减小反射镜光学加工边缘效应的快速抛光方法，其特征在于；

步骤B3中的去除试剂为工业酒精或工业丙酮或石油醚或WD-40除胶剂。

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