一种双凸柱面的高精度加工装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及超精密加工设备技术领域，具体地说是一种双凸柱面的高精度加工装置与方法，包括(1)采用平面研磨机将毛坯镜上下表面研磨至平面度优于5微米，平行度优于5微米；(2)根据步骤(1)中加工后的毛坯镜的柱面上表面的曲率半径设计精密定位工装；(3)采用精雕机将步骤(1)中加工后的毛坯镜的上面和下面的轮廓根据步骤(2)中的精密定位工装的内轮廓加工至紧密贴合；(4)通过三坐标测量机测量步骤(3)中加工后的毛坯镜的柱面的母线在横向和纵向的平行度。可以大大提高双凸柱面的母线的平行度，提高柱面系统的像差水平，从而改善激光系统的光束质量，是一种操作简单、自动程度高、节约成本的双凸柱面加工方法。的双凸柱面加工方法。的双凸柱面加工方法。

【技术实现步骤摘要】
一种双凸柱面的高精度加工装置与方法


[0001]本专利技术涉及超精密加工设备
，具体地说是一种双凸柱面的高精度加工装置与方法。

技术介绍

[0002]近年来，大功率光学系统(如激光诱导核聚变系统、激光武器系统、大功率激光加工设备等)中大量的采用柱面光学元件实现激光光束的整形、扩束等功能，常见的有双凸柱面、平凸柱面、双凹柱面、平凹柱面等。随着光束质量的提升，激光系统对柱面的要求越来越高，其不仅要求柱面的表面面形精度，还需要严格控制柱面的几何精度误差，特别是双凸柱面上下表面母线的平行度误差。
[0003]双凸柱面上下表面母线的平行度误差包含横向平行度和纵向平行度。横向平行度导致上下两个柱面绕光轴旋转，造成较大的像散误差，而纵向平行度导致柱面的厚度不一致，造成光束的倾斜误差。因此，双凸柱面的母线平行度在加工中需要严格的控制。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种双凸柱面的高精度加工装置与方法，解决了现有的双凸柱面加工中的母线平行误差的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种双凸柱面的高精度加工方法，包括以下步骤：
[0006](1)采用平面研磨机将毛坯镜上下表面研磨至平面度优于5微米，平行度优于5微米；
[0007](2)根据步骤(1)中加工后的毛坯镜的柱面上表面的曲率半径设计精密定位工装；
[0008](3)采用精雕机将步骤(1)中加工后的毛坯镜的上面和下面的轮廓根据步骤(2)中的精密定位工装的内轮廓加工至紧密贴合；
[0009](4)通过三坐标测量机测量步骤(3)中加工后的毛坯镜的柱面的母线在横向和纵向的平行度。
[0010]作为优化，步骤(3)中采用精雕机将毛坯镜的上面和下面的轮廓与定位工装的内轮廓加工至平面度5微米。
[0011]一种精密定位工装，包括侧面定位块和底面定位块，所述侧面定位块的内部中空，所述底面定位块设有放置槽，所述放置槽的底面为弧状，且两侧边均为平滑段。
[0012]作为优化，所述侧面定位块的边缘设有若干固定孔。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种双凸柱面的高精度加工装置与方法，可以大大提高双凸柱面的母线的平行度，提高柱面系统的像差水平，从而改善激光系统的光束质量，是一种操作简单、自动程度高、节约成本的双凸柱面加工方法。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的母线精度示意图；
[0015]图2为本专利技术的精密定位工装；
[0016]图3为本专利技术的上表面加工前剖面示意图；
[0017]图4为本专利技术的上表面加工后剖面示意图；
[0018]图5为本专利技术的下表面加工前剖面示意图；
[0019]图6为本专利技术的下表面加工后剖面示意图。
[0020]其中，1、上表面母线，2、下表面母线，3、侧面定位块，4、底面定位块。
具体实施方式
[0021]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0023]为了方便叙述，本专利技术中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]一种双凸柱面的高精度加工方法，包括以下步骤：
[0025](1)采用平面研磨机将毛坯镜上下表面研磨至平面度优于5微米，平行度优于5微米；
[0026](2)根据步骤(1)中加工后的毛坯镜的柱面上表面的曲率半径设计精密定位工装；
[0027](3)采用精雕机将步骤(1)中加工后的毛坯镜的上面和下面的轮廓根据步骤(2)中的精密定位工装的内轮廓加工至紧密贴合；
[0028](4)通过三坐标测量机测量步骤(3)中加工后的毛坯镜的柱面的母线在横向和纵向的平行度。
[0029]步骤(3)中采用精雕机将毛坯镜的上面和下面的轮廓与定位工装的内轮廓加工至平面度5微米。
[0030]一种精密定位工装，包括位于上部的侧面定位块3和位于侧面定位块下的底面定位块4，所述侧面定位块3的内部中空，所述底面定位块4设有放置槽，所述放置槽的底面为弧状，且两侧边均为平滑段；所述侧面定位块1的边缘设有若干固定孔；所述侧面定位块的内壁与所述放置槽的内壁一一对应。
[0031]如图1所示，为本专利技术的双凸柱面镜的母线精度示意图，其中，上表面母线1和下表面母线2理论上应该平行，然而由于加工误差的存在，上下表面母线1可能存在着绕Z旋转的误差(称为横向平行度误差)，造成双凸柱面产生像散，还可能存在着绕X旋转的误差(称为纵向平行度误差)，造成柱面厚度不一致，导致光束经过柱面之后产生倾斜误差。
[0032]如图2所示，为本专利技术的精密定位工装，由侧面定位块3和底面定位块4组成，其中侧面定位块3加持住毛坯镜的双凸柱面(在X和Y方向定位)，控制柱面上下表面的绕Z轴的相对旋转(即控制双凸柱面的横向平行度误差)；侧面定位块3内测边缘通过精雕机精密加工，与毛坯镜的尺寸紧密配合；底面定位块4用于支撑毛坯镜的双凸柱面的边缘部分，控制上下表面的绕X轴旋转(即控制双凸柱面的纵向平行度误差)，使柱面上下表面等厚分布；底面定位块4通过研磨机精密加工，达到平面度5微米以内；侧面定位块3和底面定位块4通过四个紧固螺钉连接。
[0033]如图3所示，为本专利技术的上表面加工前示意图，其中矩形的柱面毛坯镜安装到定位工装中，侧面与精密定位工装的内侧面紧密配合，柱面毛坯镜底面与精密定位工装的底面定位块接触，然后将精密定位工装安装到精雕机上。
[0034]如图4所示，为本专利技术的上表面加工后示意图，精密定位工装安装到精雕机上之后，通过千分表调节柱面镜的侧边缘与精雕机的直线轴平行(即控制柱面镜的绕Z轴旋转)，从而保证毛坯镜的柱面的母线与柱面的侧边缘平行，防止出现相对旋转，然后根据柱面上表面的参数进行柱面的成型，得到图中所示的结果。
[0035]如图5所示，为本专利技术的下表面加工前示意图，当柱面上表面加工完成之后，取出并反转放置于精密定位工装中，与加工上表面类似，仍然通过精密定位工装的内侧面控制柱面的绕Z轴旋转，通过定位工装的底面控制柱面的绕X轴旋转，以实现柱面上下表面的横向平行度和纵向平行度。
[0036]如图6所示，为本专利技术的下表面加工后示意图，与加工上表面类似，通过调整好柱面绕Z轴的旋转控制上下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双凸柱面的高精度加工方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)采用平面研磨机将毛坯镜上下表面研磨至平面度优于5微米，平行度优于5微米；(2)根据步骤(1)中加工后的毛坯镜的柱面上表面的曲率半径设计精密定位工装；(3)采用精雕机将步骤(1)中加工后的毛坯镜的上面和下面的轮廓根据步骤(2)中的精密定位工装的内轮廓加工至紧密贴合；(4)通过三坐标测量机测量步骤(3)中加工后的毛坯镜的柱面的母线在横向和纵向的平...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜巍，管国超，马鹏飞，李兴冉，王洪智，
申请(专利权)人：齐鲁中科光物理与工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：