本發明專利技術涉及高精度光學加工領域，公開了一種三維的適合于任意面形的高精度光學表面加工系統。本發明專利技術在計算機控制的確定性拋光技術的基礎上，通過軟件控制，增加工件在垂直方向的移動性，使工件在加工過程保持高度差不變，保證了對大起伏非平面部件加工時的恒定去除率，從而實現任意曲面的非平面光學曲面的高精度加工。本發明專利技術可實現對10厘米×10厘米大小級別的光學部件誤差為1/100波長的表面面形超高精度及約1/1000波長的均方根(RMS)誤差的加工能力，并實現對任意曲面面形的加工能力。本發明專利技術可適用于光學表面、半導體材料薄膜表面等多種不同應用的材料，可成為一種方便、靈活、通用的制造工藝而應用于多種行業。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及高精度光學加工領域，公開了一種三維的適合于任意面形的高精度光學表面加工系統。本專利技術在計算機控制的確定性拋光技術的基礎上，通過軟件控制，增加工件在垂直方向的移動性，使工件在加工過程保持高度差不變，保證了對大起伏非平面部件加工時的恒定去除率，從而實現任意曲面的非平面光學曲面的高精度加工。本專利技術可實現對10厘米×10厘米大小級別的光學部件誤差為1/100波長的表面面形超高精度及約1/1000波長的均方根(RMS)誤差的加工能力，并實現對任意曲面面形的加工能力。本專利技術可適用于光學表面、半導體材料薄膜表面等多種不同應用的材料，可成為一種方便、靈活、通用的制造工藝而應用于多種行業?！緦＠f明】任意面形的高精度光學表面確定性加工系統
本專利技術涉及高精度光學加工領域，尤其涉及高精度任意形狀的光學表面加工以及高精度半導體材料表面加工行業。
技術介紹
光學部件表面的加工精度及表面光潔度對光學部件的性能是至關重要的。傳統的光學表面加工精度常依賴于技工的個人經驗并且由于不可控的本性而極難達到超高精度。近年開發的拋光新技術即所謂自動化的確定性(deterministic)拋光技術使得光學拋光變得可控并達到更高的精度。確定性拋光技術的例子包括由美國紐約州羅切斯特市的QED技術公司開發的磁流變拋光技術(magnetorheological finishing,MRF),以及加拿大安大略省渥太華的LightMachinery公司開發的噴流拋光技術(fluid-jet polishing,FJP)。確定性拋光技術的原理是通過專用工具局部地按預設的目標值精確地從初始面值去除材質從而實現高精度的光學表面。目前，確定性拋光技術已經用于光學加工行業并取得了巨大的成功，這項進展被視為顛覆了傳統的光學加工行業的技術革命，從而使光學加工達到了前所未有的且遠超出傳統拋光技術所得到的光學表面精度。尤其是LightMachinery公司的噴流拋光可以日常性地加工出誤差小至6納米即光學行業所說的1/100波長(632.Snm波長)表面面形精度和約為1/1000波長的均方根精度(RMS)的10厘米X 10厘米大小以內的超高精度的平面光學部件。對50毫米X50毫米大小的平面光學部件，LightMachinery公司的噴流拋光甚至可以達到1/200波長的絕對誤差的超高精度。此外，這些技術還適合產生大面積特殊圖案的光學表面或者按照預設的目標面生成的光學表面，特別是用在對含多個膠合界面的光學組合器件的復雜累積誤差的修正等。這些特殊的功能在以前幾乎是不可能的。然而，由于系統在加工過程中缺乏垂直(Z)方向移動變化的特性，現有的確定性拋光技術只能用于平面或者起伏非常小的非平面，不適合處理大起伏的曲面光學表面。本專利技術在計算機控制的確定性拋光技術的基礎上，采用計算機軟件控制，增加工件在垂直方向的移動性，使工件在加工過程保持高度差不變，保證對大起伏非平面部件加工時的恒定去除率，從而實現在大起伏的非平面光學曲面的高精度加工。本專利技術可實現對10厘米X 10厘米大小級別的光學部件誤差為1/100波長的表面面形超高精度及約1/1000波長的均方根(RMS)誤差的加工能力，并實現對任意曲面面形的加工能力。本專利技術可適用于光學表面、半導體材料薄膜表面等多種不同應用的材料，可成為一種方便、靈活、通用的制造工藝而應用于多種行業。
技術實現思路
(一 )擬解決的技術問題本專利技術所要解決的技術問題是，通過計算機軟件控制工件在垂直表面起伏改變的高度，維持工件對部件加工的高度差不變，來實現對大起伏非平面部件加工時的恒定去除率，從而實現任意光學曲面的高精度加工。( 二)技術方案本專利技術的技術要點是采用計算機軟件控制，通過工具在工件表面掃描加工停留時間圖和工具的高度隨工件表面起伏變化即由計算機控制的平面上的XY軸掃描加上Z軸方向隨工件表面起伏移動維持固定高度差以保持恒定的單位時間去除率。這個過程的示意圖如圖1所示。經噴嘴噴出的拋光液作用在材料上去除輪廓稱為工具的去除特征函數。拋光液在快速噴出時，里面包含的拋光粉顆粒通過碰撞待加工試樣的表面，并砸下小的團塊，從而去除材質，達到拋光的目的。經預先校正測量可得到工具的輪廓特征函數及單位時間去除率。在預先校正測量時，通過對各種工藝條件和參數如拋光劑種類和濃度、壓力、噴嘴直徑、以及工件表面和噴嘴之間的距離等參數調整，可以獲得最佳的運行參數。將工件的當前狀態面與目標面對照可得出工件整個表面不同部位所需的去除量函數。將工件整個表面所需的去除量與去除工具的輪廓特征函數及單位時間去除率相結合可以計算得出噴嘴在工件上的表面停留時間函數圖。再由一個計算機程序控制的XY逐行掃描和Z方向移動來匹配工件不同部位所需的停留時間和相應的表面起伏，從而實現三維的光學表面確定性的超高精度加工。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本專利技術在現有的確定性高精度加工技術中，通過計算機軟件控制，增加了垂直于待加工曲面的Z方向的運動，在加工過程中實現三維的任意方向的移動，從而實現對平面、曲面表面或者任意面形表面的高精度加工。本專利技術的優點如下:1.可以加工出面形精度高達1/100波長的平面、大起伏的曲面或者任意面形的表面。2.操作方便，無污染。3.運行成本低。4.很方便擴展成用于不同行業的通用加工技術?！緦＠綀D】【附圖說明】圖1三維確定性光學高精度加工示意圖；圖2確定性拋光算法流程圖；圖3三維確定性光學高精度加工軟件流程圖；圖4三維確定性光學高精度加工系統示意圖?！揪唧w實施方式】為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，通過以下具體實施例，并參照附圖，對本專利技術作進一步詳細說明。第一步，停留時間函數算法確定圖2顯示了停留時間函數算法的流程圖。超高精度光學表面加工處理，首先需要測量目前工件表面狀態，稱為起始面。這通常是使用ZYGO干涉儀或其他超高精度測量技術。起始表面函數以S(X，Y)表示。而目標面函數記為G(X，Y)，所需的表面去除函數ΛΖ(Χ，Y)則由起始表面減去目標面得到:ΔΖ(Χ, Y) = S(X, Y)-G(X, Y)+d (I)其中d是任意常數，以避免引入負的待去除值。通常選擇d值使預期的最大掃描移動速度稍小于硬件允許的最大移動速度。對于一些特殊的應用，如高精度標準具所需的高精確度的光學厚度，d值的設置用來控制板塊的絕對厚度。在數學上，所需的表面去除函數ΛΖ(Χ，Υ)是停留時間函數D (X，Y)(指每單位面積的工具停留時間)與工具去除輪廓特征函數T (X，Y)的卷積:ΔΖ(Χ, Y) = D(X, Y)*T(X, Y)(2)其中符號表示卷積計算。駐留時間函數D(X，Y)可以通過上述公式計算的卷積逆運算得到。運用現代計算機技術和軟件，此處的逆卷積近似計算不難完成。當近似計算的結果足夠精確后可以把近似解當作逆卷積結果。當卷積逆運算完成后，隨之得來的停留時間函數圖可以很容易地轉換成工具的二維掃描速度矩陣V。以上算法是確定性技術應用于光學表面加工實現由起始面精確修形至目標面超高精度的核心。第二步,計算機控制的確定性(deterministic)加工系統軟件流程圖由算法流程圖可知，所需的表面去除量函數由工件目前表面狀態輪廓函數減去目標表面輪廓函數獲得。在數學上，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種任意面形的高精度光學表面確定性加工系統，其特征在于，通過計算機軟件，對確定性加工工具進行三維控制，即由計算機同時控制平面上的XY軸掃描和Z軸方向上的高度，以達到高精度加工大曲面光學表面加工的目的，從而實現任意光學表面的高精度加工。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃智，汪國年，
申請(專利權)人：黃智，汪國年，
類型：發明
國別省市：
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