大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置制造方法及图纸

大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置，涉及光学加工领域，解决了现有非球面反射镜的接触式加工存在的加工效率低、成本高、精度低的问题。首先向射频线圈通冷却水，向中间管通高纯氩气，向外管通高纯氩气；调节射频电源功率加载在射频线圈上；接通高压特斯拉点火线圈产生高压电火花并在石英炬管内部感生出电子并击穿高纯氩气，点燃等离子体形成高温等离子体炬；向中心管通工作气体和高纯氧气，工作气体被高温等离子体炬所激发形成活性基团；控制机械臂按轨迹移动带动等离子发生器在非球面反射镜表面移动，喷射的活性基团与非球面反射镜材料发生化学反应生成挥发性气态物质。本发明专利技术在常压条件下进行，成本低、体积小，去除率较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学加工
，具体涉及一种大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置。
技术介绍
在光学检测过程中，反射镜的检测位置大多为立式检测，这种状态与平放的加工状态不同，由于重力的影响导致反射镜面形变化，这种现象在大口径高陡度的反射镜上表现得尤为突出，正是由于加工、检测状态的不一致导致的面形变化，从而降低加工的收敛效率。如果采用传统接触式散粒磨料的数控小磨头方法加工，从工艺角度基本没有可能采用立式加工方法。对于非接触式加工的离子束工艺而言，其需要较高的真空环境才能工作，另外此工艺如果加工高陡度的反射镜必须采用五轴联动的结构，而真空条件下的五轴联动机构的成本无疑是巨大的。最关键的受限因素是离子束工艺的去除率较低，仅应用于最后的超精抛光阶段，在粗抛阶段由于材料去除量较大，无法直接应用此工艺加工高陡度反射镜。光学非球面反射镜加工是采用CCOS技术即计算机控制小磨头加工工艺。传统的工艺中，磨头使用的是光学沥青材料，其特点是沥青材料有一定的自流动性，以此特性来适应非球面反射镜各处曲率半径不同的特点。但是在加工过程中沥青的硬度是固定的，自流动性有限，因此如果加工过程在光学非球面反射镜上产生了一定的中高频误差的话，就必须在不同的加工周期中使用不同直径，不同硬度的磨头。那么，如果在反射镜的各处同时分布着不同的中高频误差的话，就只能在不同的加工周期中更换不同直径、不同硬度的磨头予以消除，这就给加工过程带来了诸多不便。另外对于高陡度非球面光学反射镜而言，使用传统接触式的沥青磨盘会导致磨盘与局部加工区域不吻合导致较低的加工效率。针对这种情况，使用磁流变光学加工工艺是较好的选择，但由于磁流变磨头的单点加工区域面积较小，这样的工艺容易引入高频误差，也就是人们常说的面形很“碎”。而且磁流变工艺更多的应用在面形精度较高的加工阶段，如果在面形误差比较大的阶段使用这种工艺并不能提高加工效率。离子束加工工艺的应用阶段与磁流变工艺类似，都是在面形精度较高的时候应用。离子束工艺最大的优点就是其拥有稳定的去除函数。但离子束工艺最大的限制条件就是必须在真空条件下使用，这也限制了它的应用范围。随着控制技术的不断成熟完善，机械臂在汽车行业、机械制造行业得到了广泛的应用。机械臂有着一系列的优势，诸如:运动灵活、节省空间、运动速度快、定位精度高、响应速度快、控制方式灵活。现阶段的机械臂技术与激光焊接技术完美的结合就是典型的代表。
技术实现思路
为了解决现有非球面反射镜的接触式加工方法以及装置存在的加工效率低、成本高、精度低的问题，本专利技术提供一种在常压条件下以非接触式加工方式且能够获得稳定去除函数、加工效率较高的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法及装置。本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法，该方法由以下步骤实现：步骤一、根据大口径高陡度空间光学非球面反射镜在加工坐标系内的位置确定非球面反射镜的非球面方程，同时利用非球面反射镜加工算法生成加工控制文件，即机械臂负载端运动轨迹及加工驻留时间函数；步骤二、常压条件下，开启冷却循环泵向射频线圈中通入冷却水或冷却气，开启冷却及辅助气源并以0.3～2SLM的流量向与辅助气入口相通的石英炬管的中间管通入高纯氩气作为等离子体辅助气，用于在射频线圈的激励下产生高温等离子体，以12～20SLM的流量向与冷却气入口相通的石英炬管的外管通入高纯氩气作为等离子体冷却气，将石英炬管与高温等离子体分隔开避免石英炬管融化；步骤三、待上述准备工作完成后，将射频电源的功率调节到800～1200W并加载在射频线圈上；步骤四、常压条件下，将高压特斯拉点火线圈与石英矩管接触或者将高压特斯拉点火线圈放置在与石英矩管距离5mm以内的位置，接通高压特斯拉点火线圈使其放电产生高压电火花，高压电火花在石英炬管内部感生出电子并击穿中间管和外管中的高纯氩气，同时在射频线圈产生的电磁场激励下进一步击穿高纯氩气，最终点燃等离子体形成高温而稳定的等离子体炬；步骤五、形成等离子体炬后，同时开启工作气源和氧气源，以0～1000SCCM的流量向与工作气入口相通的石英炬管的中心管通入工作气体，工作气体为四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮，同时以0～200SCCM的流量向与工作气入口相通的石英炬管的中心管通入高纯氧气，工作气体与高纯氧气的体积比为5:1，工作气体被高温等离子体炬所激发，经过5～10分钟的稳定之后，形成活性基团；步骤六、利用步骤一中生成的加工控制文件控制机械臂按照确定的运动轨迹移动，同时带动由射频电源、匹配器、射频线圈、石英矩管和高压特斯拉点火线圈组成的电感耦合等离子发生器在距离非球面反射镜表面一定距离的位置面上移动，利用气流将活性基团喷射到非球面反射镜表面，活性基团与非球面反射镜材料发生化学反应从而生成挥发性气态物质，实现在非球面反射镜的特定位置定量去除材料的目的，完成了大口径高陡度空间光学非球面反射镜的立式加工。本专利技术的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工装置，该装置包括：机械臂；安装在机械臂负载端的电感耦合等离子发生器，所述电感耦合等离子发生器包括：固定在机械臂负载端的匹配器，与匹配器集成在一起的射频电源，固定在匹配器上且带有外管、中间管、中心管的石英炬管，与射频电源电连接的射频线圈；所述射频线圈缠绕在石英炬管上，所述匹配器用于射频电源与射频线圈之间的匹配；用于防止电感耦合等离子发生器发生电磁辐射泄漏的保护罩，所述电感耦合等离子发生器整体安装在保护罩内部；设置在石英矩管上且与外管相通的冷却气入口、与中间管相通的辅助气入口和与中心管相通的工作气入口；与射频线圈通过水管或者气管相连的冷却循环泵，通过所述冷却循环泵向射频线圈的中空铜管内通冷却水或冷却气；与冷却气入口和辅助气入口均通过气管相连的冷却及辅助气源；与工作气入口通过气管相连的工作气源和氧气源；与石英矩管接触或者与石英矩管之间距离5mm以内的高压特斯拉点火线圈。所述冷却循环泵、冷却及辅助气源、工作气源和氧气源均放置在靠近所述机械臂负载端的地面上。所述射频电源的频率为13.56MHz、27.12MHz或40.68MHz，功率为800～1200W。所述射频线圈由外径3～5mm的中空铜管绕制2～3匝而成的螺线管。所述冷却及辅助气源采用普通高压钢瓶或者储气量较大的杜瓦瓶；所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】
大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法，其特征在于，该方法由以下步骤实现：步骤一、根据大口径高陡度空间光学非球面反射镜在加工坐标系内的位置确定非球面反射镜的非球面方程，同时利用非球面反射镜加工算法生成加工控制文件，即机械臂(11)负载端运动轨迹及加工驻留时间函数；步骤二、常压条件下，开启冷却循环泵(5)向射频线圈(3)中通入冷却水或冷却气，开启冷却及辅助气源(61)并以0.3～2SLM的流量向与辅助气入口(8)相通的石英炬管(4)的中间管通入高纯氩气作为等离子体辅助气，用于在射频线圈(3)的激励下产生高温等离子体，以12～20SLM的流量向与冷却气入口(7)相通的石英炬管(4)的外管通入高纯氩气作为等离子体冷却气，将石英炬管(4)与高温等离子体分隔开避免石英炬管(4)融化；步骤三、待上述准备工作完成后，将射频电源(1)的功率调节到800～1200W并加载在射频线圈(3)上；步骤四、常压条件下，将高压特斯拉点火线圈(12)与石英矩管(4)接触或者将高压特斯拉点火线圈(12)放置在与石英矩管(4)距离5mm以内的位置，接通高压特斯拉点火线圈(12)使其放电产生高压电火花，高压电火花在石英炬管(4)内部感生出电子并击穿中间管和外管中的高纯氩气，同时在射频线圈(3)产生的电磁场激励下进一步击穿高纯氩气，最终点燃等离子体形成高温而稳定的等离子体炬；步骤五、形成等离子体炬后，同时开启工作气源(62)和氧气源(63)，以0～1000SCCM的流量向与工作气入口(9)相通的石英炬管(4)的中心管通入工作气体，工作气体为四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮，同时以0～200SCCM的流量向与工作气入口(9)相通的石英炬管(4)的中心管通入高纯氧气，工作气体与高纯氧气的体积比为5:1，工作气体被高温等离子体炬所激发，经过5～10分钟的稳定之后，形成活性基团；步骤六、利用步骤一中生成的加工控制文件控制机械臂(11)按照确定的运动轨迹移动，同时带动由射频电源(1)、匹配器(2)、射频线圈(3)、石英矩管(4)和高压特斯拉点火线圈(12)组成的电感耦合等离子发生器在距离非球面反射镜表面一定距离的位置面上移动，利用气流将活性基团喷射到非球面反射镜表面，活性基团与非球面反射镜材料发生化学反应从而生成挥发性气态物质，实现在非球面反射镜的特定位置定量去除材料的目的，完成了大口径高陡度空间光学非球面反射镜的立式加工。...

【技术特征摘要】
1.大口径高陡度空间光学非球面反射镜立式加工方法，其特征在于，该方
法由以下步骤实现：
步骤一、根据大口径高陡度空间光学非球面反射镜在加工坐标系内的位置
确定非球面反射镜的非球面方程，同时利用非球面反射镜加工算法生成加工控
制文件，即机械臂(11)负载端运动轨迹及加工驻留时间函数；
步骤二、常压条件下，开启冷却循环泵(5)向射频线圈(3)中通入冷却
水或冷却气，开启冷却及辅助气源(61)并以0.3～2SLM的流量向与辅助气入
口(8)相通的石英炬管(4)的中间管通入高纯氩气作为等离子体辅助气，用
于在射频线圈(3)的激励下产生高温等离子体，以12～20SLM的流量向与冷
却气入口(7)相通的石英炬管(4)的外管通入高纯氩气作为等离子体冷却气，
将石英炬管(4)与高温等离子体分隔开避免石英炬管(4)融化；
步骤三、待上述准备工作完成后，将射频电源(1)的功率调节到800～1200W
并加载在射频线圈(3)上；
步骤四、常压条件下，将高压特斯拉点火线圈(12)与石英矩管(4)接触
或者将高压特斯拉点火线圈(12)放置在与石英矩管(4)距离5mm以内的位
置，接通高压特斯拉点火线圈(12)使其放电产生高压电火花，高压电火花在
石英炬管(4)内部感生出电子并击穿中间管和外管中的高纯氩气，同时在射频
线圈(3)产生的电磁场激励下进一步击穿高纯氩气，最终点燃等离子体形成高
温而稳定的等离子体炬；
步骤五、形成等离子体炬后，同时开启工作气源(62)和氧气源(63)，以
0～1000SCCM的流量向与工作气入口(9)相通的石英炬管(4)的中心管通入
工作气体，工作气体为四氟化碳、六氟化硫或三氟化氮，同时以0～200SCCM
的流量向与工作气入口(9)相通的石英炬管(4)的中心管通入高纯氧气，工
作气体与高纯氧气的体积比为5:1，工作气体被高温等离子体炬所激发，经过5～
10分钟的稳定之后，形成活性基团；
步骤六、利用步骤一中生成的加工控制文件控制机械臂(11)按照确定的
运动轨迹移动，同时带动由射频电源(1)、匹配器(2)、射频线圈(3)、石英

\t矩管(4)和高压特斯拉点火线圈(12)组成的电感耦合等离子发生器在距离非
球面反射镜表面一定距离的位置面上移动，利用气流将活性基团喷射到非球面
反射镜表面，活性基团与非球面反射镜材料发生化学反应从而生成挥发性气态
物质，实现在非球面反射镜的特定位置定量去除材料的目的，完成了大口径高
陡度空间光学非球面反射镜的立式加工。
2.用于实现权利权利要求1所述的大口径高陡度空间光学非球面反射镜立
式加工方法的装置，其特征在于，该装置包括：
机械臂(11)；
安装在机械臂(11)负载端的电感耦合等离子发生器，所述电感耦合等离
子发生器包括：固定在机械臂(11)负载端的匹配器(2)，与匹配器(2)集成
在一起的射频电源(1)，固定在匹配器(2)上且带有外管、中间管、中心管的
石英炬管(4)，与射频电源(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，郑立功，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22