本發(fā)明涉及光學(xué)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光學(xué)元件加工方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)元件是光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，對(duì)提高光學(xué)性能、簡化光路結(jié)構(gòu)等方面具有無法替代的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段光學(xué)元件的加工工藝路線為“超精密磨削－高效拋光－數(shù)控拋光”，其中超精密磨削實(shí)現(xiàn)元件精密成形，高效拋光完成大尺度面形誤差的快速收斂，并實(shí)現(xiàn)磨削產(chǎn)生的表面與亞表面缺陷層的快速去除以及表面光潔度的快速提升，數(shù)控拋光實(shí)現(xiàn)元件面形確定性修正并達(dá)到最終指標(biāo)。

在高效拋光工藝中，在保持元件面形精度的基礎(chǔ)上，去除超精密磨削產(chǎn)生的表面與亞表面缺陷層大約需要15天甚至更長的時(shí)間，并且加工曲率變化較大的非球面元件時(shí)，拋光模與非球面元件表面吻合度存在一定的偏差，導(dǎo)致元件面形精度降低，從而嚴(yán)重制約了大口徑非球面元件的高效拋光加工效率。

有鑒于此，設(shè)計(jì)制造出一種光學(xué)元件加工方法，能夠適用于各類型的光學(xué)元件的加工，是目前光學(xué)加工技術(shù)領(lǐng)域中急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)元件加工方法，不僅適用于大口徑非球面光學(xué)元件的加工，也適用于各種形狀的光學(xué)元件表面及亞表面的加工，能有效整合等離子體射流的熔覆拋光、高效去除和精細(xì)修形等加工優(yōu)勢，利用模塊化系列的等離子體射流加工工具，分別完成對(duì)大口徑非球面光學(xué)元件的拋光、成型和修正等加工工藝。同時(shí)，將等離子體射流加工與柔性拋光相結(jié)合，在大口徑非球面光學(xué)元件面形精度收斂的基礎(chǔ)上，逐步減小光學(xué)元件的表面粗糙度。

本發(fā)明的目的還在于提供另一種光學(xué)元件加工方法，利用模塊化系列的等離子體射流加工工具，分別完成對(duì)大口徑非球面光學(xué)元件的拋光、成型和修正等加工工藝。加工效率高，加工精度高。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明提供的一種光學(xué)元件加工方法，采用等離子體復(fù)合加工工藝，所述等離子體復(fù)合加工工藝包括：

等離子體熔覆拋光，所述等離子體熔覆拋光用于熔合光學(xué)元件亞表面的損傷裂紋以及改善所述光學(xué)元件的表面光潔度。

等離子體快速去除，所述等離子體快速去除，用于快速去除等離子體熔覆拋光層以及消除所述光學(xué)元件的表面及亞表面損傷，并使所述光學(xué)元件的面形精度小于等于2μm，所述光學(xué)元件表面粗糙度小于50nm。

等離子體面形修正，所述等離子體面形修正用于完成所述光學(xué)元件的表面誤差的修正。

進(jìn)一步地，所述等離子體熔覆拋光之前需進(jìn)行超精密磨削，所述超精密磨削用于對(duì)所述光學(xué)元件成形；所述超精密磨削形成的所述光學(xué)元件，其面形精度小于等于5μm，所述光學(xué)元件的亞表面缺陷深度小于等于10μm。

進(jìn)一步地，所述等離子體熔覆拋光采用等離子體發(fā)生器，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，所述等離子體射流的激發(fā)功率為100w至3000w，所述等離子體射流的拋光速率為0.1cm²/min至1cm²/min。

進(jìn)一步地，所述等離子體發(fā)生器的氣源為氬氣。

進(jìn)一步地，所述等離子體快速去除采用等離子體發(fā)生器，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，所述等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為2mm至20mm，去除深度范圍為1μm至1000μm，去除速率范圍為5mm³/min至30mm³/min。

進(jìn)一步地，所述等離子體快速去除后還需進(jìn)行子口徑柔性拋光，所述子口徑柔性拋光用于改善所述光學(xué)元件的表面光潔度；所述子口徑柔性拋光去除所述光學(xué)元件表面的材料厚度為1μm至2μm，以使所述光學(xué)元件的表面粗糙度小于等于5nm。

進(jìn)一步地，所述等離子體面形修正結(jié)合精密干涉檢測技術(shù)，完成所述光學(xué)元件的表面誤差的精密修正，使得所述光學(xué)元件的面形誤差低于100nm。

進(jìn)一步地，所述等離子體面形修正采用等離子體發(fā)生器，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，所述等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為0.2mm至2mm，去除深度范圍為0.1μm至1μm，去除速率范圍為0.1mm³/min至5mm³/min。

進(jìn)一步地，所述等離子體面形修正后還需進(jìn)行柔性保形拋光，所述柔性保形拋光采用拋光工具，去除所述光學(xué)元件表面的材料厚度為100nm至300nm，以使所述光學(xué)元件的表面粗糙度低于1nm。

本發(fā)明提供的一種光學(xué)元件加工方法，所述光學(xué)元件加工方法包括以下工序：超精密磨削、等離子體熔覆拋光、等離子體快速去除、子口徑柔性拋光、等離子體面形修正和柔性保形拋光。

所述等離子體快速去除采用等離子體發(fā)生器，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，所述等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為2mm至20mm，去除深度范圍為1μm至1000μm，去除速率范圍為5mm³/min至30mm³/min。

所述等離子體面形修正采用等離子體發(fā)生器，所述等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，所述等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為0.2mm至2mm，去除深度范圍為0.1μm至1μm，去除速率范圍為0.1mm³/min至5mm³/min。

所述等離子體發(fā)生器的氣源包括氬氣和cf4的反應(yīng)氣體，或者所述等離子體發(fā)生器的氣源包括氬氣和sf6的反應(yīng)氣體，或者氬氣和nf3的反應(yīng)氣體。

本發(fā)明提供的光學(xué)元件加工方法具有以下幾個(gè)方面的有益效果：

本發(fā)明提供的一種光學(xué)元件加工方法，包括超精密磨削、等離子體熔覆拋光、等離子體快速去除、子口徑柔性拋光、等離子體面形修正和柔性保形拋光幾個(gè)步驟，可以滿足光學(xué)系統(tǒng)對(duì)大口徑非球面光學(xué)元件的批量化、低損傷制造的需求，而且利用等離子體射流加工與柔性拋光相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在大口徑非球面光學(xué)元件面形精度收斂的基礎(chǔ)上，逐步減小光學(xué)元件的表面粗糙度。

本發(fā)明提供的另一種光學(xué)元件加工方法，利用模塊化系列的等離子體射流加工工具，分別完成對(duì)大口徑非球面光學(xué)元件的拋光、成型和修正等加工工藝。加工效率高，加工精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例提供的光學(xué)元件加工方法的操作流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是本發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，或者是本領(lǐng)域技術(shù)人員慣常理解的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的“第一”、“第二”等，僅僅用于在描述上加以區(qū)分，并沒有特殊的含義。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例提供的光學(xué)元件加工方法的操作流程圖，請(qǐng)參照?qǐng)D1。

本實(shí)施例提供的一種光學(xué)元件加工方法，應(yīng)用于非球面光學(xué)元件的加工。該光學(xué)元件加工方法包括以下完整步驟：超精密磨削、等離子體熔覆拋光、等離子體快速去除、子口徑柔性拋光、等離子體面形修正和柔性保形拋光。

s1：超精密磨削。

超精密磨削用于對(duì)光學(xué)元件成形，將光學(xué)元件的坯料高精度成形，外形尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且使光學(xué)元件的面形精度小于等于5μm，光學(xué)元件的亞表面缺陷深度小于等于10μm。

s2：等離子體熔覆拋光。

對(duì)超精密磨削后的光學(xué)元件表面進(jìn)行熔覆拋光，熔合光學(xué)元件亞表面的損傷裂紋以及改善光學(xué)元件的表面光潔度。具體地，等離子體熔覆拋光采用等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，利用等離子體射流的溫度效應(yīng)使加工元件表面局部產(chǎn)生的熱熔合作用，表面材料在不發(fā)生去除的情況下局部重新分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)元件亞表面損傷裂紋的熔合和表面光潔度的改善。根據(jù)表面與亞表面缺陷層的深度情況，等離子體射流的激發(fā)功率為100w至3000w，等離子體射流的拋光速率為0.1cm²/min至1cm²/min。作為優(yōu)選，等離子體發(fā)生器的氣源為氬氣。

s3：等離子體快速去除。

等離子體快速去除，用于對(duì)光學(xué)元件亞表面損傷裂紋的熔合層進(jìn)行快速去除，消除在前期加工過程中產(chǎn)生的表面及亞表面損傷，并使光學(xué)元件的面形精度小于等于2μm，光學(xué)元件表面粗糙度小于50nm，有效提高元件整體的加工效率。等離子體快速去除采用等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，采用等離子體射流高速去除模式，在等離子體發(fā)生器中通入氬氣和cf4的反應(yīng)氣體，或氬氣和sf6的反應(yīng)氣體，或者氬氣和nf3的反應(yīng)氣體，以使等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為2mm至20mm，去除深度范圍為1μm至1000μm，去除速率范圍為5mm³/min至30mm³/min。

s4：子口徑柔性拋光。

子口徑柔性拋光用于對(duì)等離子體快速去除后的表面進(jìn)行拋光，進(jìn)一步改善表面光潔度，降低光學(xué)元件的表面粗糙度。容易理解的是，在等離子體高速去除的過程中，基于化學(xué)反應(yīng)原理方式去除了光學(xué)元件的表面及亞表面損傷，但化學(xué)反應(yīng)去除對(duì)表面粗糙度并沒有明顯的減少作用。因此，子口徑柔性拋光還將采取去除機(jī)理，去除光學(xué)元件表面的材料厚度為1μm至2μm，以使光學(xué)元件的表面粗糙度小于等于5nm。

s5：等離子體面形修正。

等離子體面形修正結(jié)合精密干涉檢測技術(shù)，完成光學(xué)元件的表面誤差的精密修正，使得光學(xué)元件的面形誤差低于100nm。由于大口徑非球面光學(xué)元件加工指標(biāo)要求較高，僅采用等離子體快速去除加工難以實(shí)現(xiàn)大口徑非球面光學(xué)元件的高精度控制要求，必須在等離子體快速去除工序后增加等離子體修正工序來完成光學(xué)元件表面誤差的精密修正。等離子體面形修正采用等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為0.2mm至2mm，去除深度范圍為0.1μm至1μm，去除速率范圍為0.1mm³/min至5mm³/min，以完成光學(xué)元件的面形精度的收斂控制。

需要說明的是，在等離子體快速去除和等離子體面形修正的加工工序中，等離子體發(fā)生器的氣源采用的是氬氣和cf4的反應(yīng)氣體，或者等離子體發(fā)生器的氣源包括氬氣和sf6的反應(yīng)氣體，或者氬氣和nf3的反應(yīng)氣體。

s6：柔性保形拋光。

對(duì)等離子體面形修正后，需對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行柔性保形拋光，在不改變面形精度的條件下，采用壓力更小的柔性保形拋光工具，使元件表面質(zhì)量達(dá)到加工指標(biāo)要求。柔性保形拋光采用拋光工具，去除光學(xué)元件表面的材料厚度為100nm至300nm，減小表面粗糙度，以使光學(xué)元件的表面粗糙度低于1nm。

s7：終檢。完成對(duì)光學(xué)元件的復(fù)合加工后，最終拿去檢驗(yàn)，檢驗(yàn)加工后的產(chǎn)品是否符合要求。

本發(fā)明提供的另一種光學(xué)元件加工方法，光學(xué)元件加工方法包括以下完整工序：超精密磨削、等離子體熔覆拋光、等離子體快速去除、子口徑柔性拋光、等離子體面形修正和柔性保形拋光。超精密磨削用于對(duì)光學(xué)元件成形，并且使光學(xué)元件的面形精度小于等于5μm，光學(xué)元件的亞表面缺陷深度小于等于10μm；等離子體熔覆拋光，用于熔合光學(xué)元件亞表面的損傷裂紋以及改善光學(xué)元件的表面光潔度。等離子體快速去除，用于消除加工過程中產(chǎn)生的表面及亞表面損傷，并使光學(xué)元件的面形精度小于等于2μm，光學(xué)元件表面粗糙度小于50nm。

等離子體快速去除采用等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為2mm至20mm，去除深度范圍為1μm至1000μm，去除速率范圍為5mm³/min至30mm³/min。

等離子體面形修正采用等離子體發(fā)生器，等離子體發(fā)生器用于產(chǎn)生等離子體射流，等離子體射流的去除函數(shù)的半高寬范圍為0.2mm至2mm，去除深度范圍為0.1μm至1μm，去除速率范圍為0.1mm³/min至5mm³/min。

等離子體發(fā)生器的氣源包括氬氣和cf4的反應(yīng)氣體，或者等離子體發(fā)生器的氣源包括氬氣和sf6的反應(yīng)氣體，或者氬氣和nf3的反應(yīng)氣體。

綜上所述，本發(fā)明提供的光學(xué)元件加工方法具有以下幾個(gè)方面的有益效果：

本發(fā)明提供的光學(xué)元件加工方法，采用等離子體復(fù)合加工工藝，適用于各種類型的光學(xué)元件表面加工，特別適用于大口徑非球面光學(xué)元件表面及亞表面的加工。首先，采用非接觸的射流加工方式完成亞表面微裂紋的熔合、高效去除及面形修正等工序，避免了傳統(tǒng)接觸式壓力去除方式過程中引入亞表面損傷和加工周期長的問題。其次，有效整合等離子體射流的熔覆拋光、高效去除和精細(xì)修形等加工優(yōu)勢，利用模塊化系列的等離子體射流加工工具，分別完成對(duì)大口徑非球面光學(xué)元件亞表面微裂紋的熔合、表面拋光、快速去除和面形精細(xì)修正等加工工藝。最后，充分發(fā)揮等離子體射流加工與柔性拋光的加工優(yōu)勢，利用化學(xué)反應(yīng)原理的等離子體射流逐步實(shí)現(xiàn)大口徑非球面光學(xué)元件面形精度收斂，結(jié)合柔性拋光逐步減小光學(xué)元件的表面粗糙度，最終達(dá)到光學(xué)元件的加工指標(biāo)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改、組合和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。