專利名稱：單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，屬于大尺寸脆性光學(xué)元件超精密加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人類文明歷史的進(jìn)步，能源功不可沒。從柴薪到煤炭，石油、天然氣等“化石燃料” 的應(yīng)用，使人類社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生活文明大步前進(jìn)。但是，人類對億萬年沉積形成的“化石燃料”的依賴，在促使社會高速發(fā)展的同時，已經(jīng)造成了能源難以為繼的危機(jī)。“化石燃料”燃燒，就是大氣污染、酸雨、溫室效應(yīng)等破壞生態(tài)和污染環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)?，尋找新能源已是人類生存發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。聚變能源清潔、無污染且?guī)缀跞≈槐M，利用激光控制核聚變來獲取能源是未來解決能源問題的理想途徑，目前各發(fā)達(dá)國家對其均給予高度重視。激光驅(qū)動器所輸出的激光要求具有很好的光束質(zhì)量、足夠高的激光能量和功率密度，為滿足該要求需配合使用大量的電光、非線性光學(xué)材料元件，如KDP (磷酸二氫鉀)晶體、釹玻璃、K9玻璃、石英玻璃等。激光約束核聚變裝置對這些元件的共同要求是高精度面形、超光滑表面，大尺寸以及大的批量，其中，針對KDP晶體不僅要求高的面形精度面且對表面波紋度及頻域指標(biāo)也有很苛刻的要求。表面波紋度及頻域指標(biāo)PSDl不合格會導(dǎo)致光束的自聚焦，損傷KDP晶體的材料性能，威脅整套系統(tǒng)安全。由于KDP晶體為軟脆材料，且為典型的非線性晶體，目前國內(nèi)外普遍采用大刀盤飛刀單點金剛石車削(SroT)的方法對該材料進(jìn)行加工。然面，由于主軸軸線與工件始終垂直，主軸在豎直方向的周期性運(yùn)動反應(yīng)在工件的表面上就形成了周期性的縱向條紋，該條紋如果落在PSDl的評價區(qū)間(2. 5mm-33mm)，極易導(dǎo)致PSDl評價指標(biāo)的不合格，導(dǎo)致KDP晶體的損傷，甚至整套系統(tǒng)的崩潰性破壞，是必須控制的加工誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的SPDT法在加工大尺寸光學(xué)元件時波紋度誤差、頻域評價指標(biāo)PSDl難以保證的問題，提供了一種單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法。本發(fā)明所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，該方法是基于加工機(jī)床實現(xiàn)的，所述加工機(jī)床包括機(jī)座、橫梁、聯(lián)接螺栓、主軸、兩個立柱和三個調(diào)平墊體，左側(cè)立柱和橫梁之間設(shè)置兩個調(diào)平墊體，右側(cè)立柱和橫梁之間設(shè)置一個調(diào)平墊體，每個調(diào)平墊體具有三個楔形球面支撐體，所述三個楔形球面支撐體的上表面與橫梁的下表面相接觸，調(diào)平墊體和橫梁之間通過聯(lián)接螺栓固定，該方法包括以下步驟步驟一利用加工機(jī)床對大尺寸光學(xué)元件U進(jìn)行第一次粗加工；步驟二 利用干涉儀檢測加工后的大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目及PSDl值，根據(jù)大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目獲取縱向條紋的空間周期T ；
步驟三通過縱向條紋的空間周期T及PSDl值判斷加工機(jī)床的剛度是過高還是過低，決定調(diào)整方向，當(dāng)T彡33mm,且PSDl > 15nm2 · mm時,表明加工機(jī)床的剛度過低,執(zhí)行步驟四；當(dāng)T < 33mm,且PSDl > 15nm2 · mm時,表明加工機(jī)床的剛度過高,執(zhí)行步驟五；當(dāng)PSDl ( 15nm2 · mm時，滿足頻域指標(biāo)加工要求，表明加機(jī)床的剛度正常，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件U的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制；步驟四增大橫梁與調(diào)平墊體的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，然后執(zhí)行步驟六；步驟五減小橫梁與調(diào)平墊體的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力或接觸剛 度，然后執(zhí)行步驟六；步驟六對大尺寸光學(xué)元件U進(jìn)行二次超精密加工，步驟七再利用干涉儀重新檢測所述大尺寸光學(xué)元件U的PSDl值，步驟八判斷步驟七檢測獲得的PSDl是否滿足聚變系統(tǒng)要求PSDl ( 15nm2 · mm ；如果不滿足，返回步驟二，進(jìn)行再次調(diào)整加工；如果滿足，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件U的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)單點金剛石車削光學(xué)元件波紋度的精確檢測與控制；本發(fā)明通過調(diào)整支撐體與橫梁之間的接觸剛度，通過改變機(jī)床的固有頻率達(dá)到對工件波紋度(縱向條紋)控制的目的，與干涉儀配合使用實現(xiàn)了被加工的大尺寸光學(xué)元件的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl控制在聚變系統(tǒng)要求的范圍內(nèi)；本發(fā)明的方法實現(xiàn)了波紋度誤差的控制，該控制原理簡單，操作安全，結(jié)果可靠，對ICF工程具有重要意義。


圖I是本發(fā)明所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法的流程圖；圖2是本發(fā)明方法利用的現(xiàn)有加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中檢測到的大尺寸光學(xué)元件縱向條紋的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖3說明本實施方式，本實施方式所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，該方法是基于加工機(jī)床實現(xiàn)的，所述加工機(jī)床包括機(jī)座I、橫梁2、聯(lián)接螺栓3、主軸4、兩個立柱5和三個調(diào)平墊體6，左側(cè)立柱5和橫梁2之間設(shè)置兩個調(diào)平墊體，右側(cè)立柱5和橫梁2之間設(shè)置一個調(diào)平墊體6，每個調(diào)平墊體6具有三個楔形球面支撐體，所述三個楔形球面支撐體的上表面與橫梁2的下表面相接觸，調(diào)平墊體6和橫梁2之間通過聯(lián)接螺栓3固定，該方法包括以下步驟步驟一利用加工機(jī)床對大尺寸光學(xué)元件U進(jìn)行第一次粗加工；步驟二 利用干涉儀檢測加工后的大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目及PSDl值，根據(jù)大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目獲取縱向條紋的空間周期T ；步驟三通過縱向條紋的空間周期T及PSDl值判斷加工機(jī)床的剛度是過高還是過低，決定調(diào)整方向，當(dāng)T彡33mm,且PSDl > 15nm2 · mm時,表明加工機(jī)床的剛度過低,執(zhí)行步驟四；當(dāng)T < 33mm,且PSDl > 15nm2 · mm時,表明加工機(jī)床的剛度過高,執(zhí)行步驟五；當(dāng)PSDl ( 15nm2 · mm時，滿足頻域指標(biāo)加工要求，表明加機(jī)床的剛度正常，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件U的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制；步驟四增大橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，然后執(zhí)行步驟六；步驟五減小橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力或接觸 剛度，然后執(zhí)行步驟六；步驟六對大尺寸光學(xué)元件U進(jìn)行二次超精密加工，步驟七再利用干涉儀重新檢測所述大尺寸光學(xué)元件U的PSDl值，步驟八判斷步驟七檢測獲得的PSDl是否滿足聚變系統(tǒng)要求PSDl ( 15nm2 · mm ；如果不滿足，返回步驟二，進(jìn)行再次調(diào)整加工；如果滿足，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件U的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制。本實施方式中，用來測定元件縱向條紋及頻域指標(biāo)PSDl的干涉儀為美國Veeco公司生產(chǎn)的激光數(shù)字干涉儀，其利用干涉方法實時快速檢測平面、球面面形，光學(xué)部分采用非索干涉原理，數(shù)字處理部分采用位相法和條紋法兩種方法進(jìn)行干涉圖判讀，重復(fù)精度可達(dá)1/100波長峰谷值。本實施方式中，所采用的Veeco干涉儀對震動非常敏感，實際測量時需采取相關(guān)隔震措施。本實施方式中的所才采用的墊片要求平面度良好，可采用研磨獲得。
具體實施方式
二 本實施方式對實施方式一作進(jìn)一步說明，步驟四中通過增加聯(lián)接螺栓3的預(yù)緊力來增大橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，每次增加的預(yù)緊力為30牛頓 50牛頓。
具體實施方式
三本實施方式對實施方式一或二作進(jìn)一步說明，步驟五中通過減小聯(lián)接螺栓3的預(yù)緊力來減少橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，每次減小的預(yù)緊力為30牛頓 50牛頓。
具體實施方式
四本實施方式對實施方式一或二作進(jìn)一步說明，步驟五中通過在橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的接觸面上放置小型墊片減小二者之間的接觸面積，進(jìn)而減少橫梁2與調(diào)平墊體6的三個楔形球面支撐體之間的接觸剛度，每次每個楔形球面支撐體與橫梁2之間增加I 2個小型墊片，每個小型墊片的厚度為O. Icm
O.5cm。
權(quán)利要求
1.單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，該方法是基于加工機(jī)床實現(xiàn)的，所述加工機(jī)床包括機(jī)座(I)、橫梁(2)、聯(lián)接螺栓(3)、主軸(4)、兩個立柱(5)和三個調(diào)平墊體￠)，左側(cè)立柱(5)和橫梁(2)之間設(shè)置兩個調(diào)平墊體，右側(cè)立柱(5)和橫梁(2)之間設(shè)置ー個調(diào)平墊體￠)，每個調(diào)平墊體(6)具有三個楔形球面支撐體，所述三個楔形球面支撐體的上表面與橫梁(2)的下表面相接觸，調(diào)平墊體(6)和橫梁(2)之間通過聯(lián)接螺栓(3)固定，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟ー利用加工機(jī)床對大尺寸光學(xué)元件(U)進(jìn)行第一次粗加工； 步驟ニ 利用干渉儀檢測加工后的大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目及PSDl值，根據(jù)大尺寸光學(xué)元件的縱條紋數(shù)目獲取縱向條紋的空間周期T ； 步驟三通過縱向條紋的空間周期T及PSDl值判斷加工機(jī)床的剛度是過高還是過低，決定調(diào)整方向， 當(dāng)T彡33mm，且PSDl > 15nm2 · mm時，表明加工機(jī)床的剛度過低，執(zhí)行步驟四； 當(dāng)T < 33mm,且PSDl > 15nm2 · mm時,表明加工機(jī)床的剛度過高,執(zhí)行步驟五； 當(dāng)PSDl ^ 15nm2 · mm吋，滿足頻域指標(biāo)加工要求，表明加機(jī)床的剛度正常，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件(U)的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制； 步驟四増大橫梁(2)與調(diào)平墊體(6)的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，然后執(zhí)行步驟六； 步驟五減小橫梁(2)與調(diào)平墊體￠)的三個楔形球面支撐體之間的平均壓カ或接觸剛度，然后執(zhí)行步驟六； 步驟六對大尺寸光學(xué)元件(U)進(jìn)行二次超精密加工， 步驟七再利用干涉儀重新檢測所述大尺寸光學(xué)元件(U)的PSDl值， 步驟八判斷步驟七檢測獲得的PSDl是否滿足聚變系統(tǒng)要求PSDl ( 15nm2 · mm ； 如果不滿足，返回步驟ニ，進(jìn)行再次調(diào)整加工； 如果滿足，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件(U)的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSDl的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，其特征在于，步驟四中通過增加聯(lián)接螺栓(3)的預(yù)緊カ來増大橫梁(2)與調(diào)平墊體(6)的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，每次增加的預(yù)緊カ為30牛頓 50牛頓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，其特征在于，步驟五中通過減小聯(lián)接螺栓(3)的預(yù)緊カ來減少橫梁(2)與調(diào)平墊體(6)的三個楔形球面支撐體之間的平均壓力，每次減小的預(yù)緊カ為30牛頓 50牛頓。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，其特征在于，步驟五中通過在橫梁(2)與調(diào)平墊體(6)的三個楔形球面支撐體之間的接觸面上放置小型墊片減小二者之間的接觸面積，進(jìn)而減少橫梁(2)與調(diào)平墊體￠)的三個楔形球面支撐體之間的接觸剛度，毎次每個楔形球面支撐體與橫梁(2)之間增加I 2個小型墊片，姆個小型墊片的厚度為O. Icm O. 5cm。
全文摘要
單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件的表面波紋度控制方法，屬于大尺寸脆性光學(xué)元件超精密加工領(lǐng)域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有的SPDT法在加工大尺寸光學(xué)元件時波紋度誤差、頻域評價指標(biāo)PSD1難以保證的問題。本發(fā)明該方法包括一粗加工；二獲取縱向條紋的空間周期T；三判斷加工機(jī)床的剛度，剛度過低，執(zhí)行四；剛度過高，執(zhí)行五；四增大橫梁與調(diào)平墊體之間的平均壓力，然后執(zhí)行六；五減小橫梁與調(diào)平墊體之間的平均壓力或接觸剛度，然后執(zhí)行六；六二次超精密加工，七重新檢測PSD1值，八判斷PSD1≤15nm2·mm是否成立；不成立，返回二；成立，完成單點金剛石銑削法加工大尺寸光學(xué)元件U的波紋度誤差及頻域指標(biāo)PSD1的控制。
文檔編號B28D1/18GK102837367SQ20121036141
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者梁迎春, 陳萬群, 孫雅洲, 張強(qiáng), 劉海濤, 孫陽, 陳國達(dá), 蘇浩 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)