大口径高精度方形平面光学元部件的研制

　　1　引　言

　　为了满足大型光学系统对大口径高精度平面光学元部件的需要,环行抛光技术越来越广泛地应用到实际光学元部件的生产中。采用环行抛光技术(在本文 中主要涉及大玻璃校正盘修磨的单环行抛光机)加工的光学元部件可以获得较高的面形精度。对于圆形光学元部件来说,使用环行抛光技术可以得到λ/8(P- V),有多年光学加工经验的加工者可以加工到λ/20~λ/40。环行抛光技术在加工大口径高精度平面光学元部件中,同传统的加工方法相比,可以获得更好 的面形精度或波前精度,在加工异形光学元部件中更有优势。

　　2　大玻璃校正盘修磨的单环行抛光机环行抛光原理

　　在原理上,环行抛光运转特性与传统盘相同。任何两个工件表面如能在任一部位任一方向上彼此都能均匀接触,其表面形状必定是球面,其曲率可以是 正、负或零。当校正盘沿着径向向外移动时,转动力矩增大,使沥青胶盘变凸;当校正盘沿着径向向内移动时,转动力矩减小,使沥青胶盘变凹。假设一个工件以角 速度ω旋转,以Ω旋转的磨盘中心到工件旋转中心距离为R,距工件旋转中心为r,并相对磨盘中心和工件中心连线的角度为θ。磨盘的相对速度为

　　当Ω等于ω时,磨盘与工件之间的速度关系在任意位置都是一个常数。由于在环抛加工时加工件及校正盘处于自由状态,压力均匀,从而使整个表面均匀磨削;当Ω不等于ω时,会产生一个径向的磨损变化,使表面的磨削不均匀。

　　整个表面磨削量dh/dt可由Preston方程表示为

　　式中,k为比例常数,它与被抛光材料、抛光膜层材料、抛光粉种类、抛光液浓度、PH值及抛光温度等参数有关;P为局部压力;V为相对速度,等于在dt时间内的行程ds的比值。

　　3　工艺实验

　　3·1　环行抛光设备简介

　　成都精密光学工程研究中心目前配置了3台1 m、3台2 m、1台2·5 m的环形平面抛光机,其中的1 m的设备主要加工φ330 mm以内的平面光学元部件, 2 m设备主要加工φ600 mm以内的平面光学元部件,2·5 m环抛设备主要加工φ800 mm以内平面光学元部件,并且1 m、2 m的环抛设备均按照3台一个机组配置,这样的机组配置比单台配置更有利于光学元部件面形的控制,使面形修正精度达到了用户的要求,提高了加工效率,缩短了 加工周期。

　　1 m环抛设备和2 m环抛设备(见图1)主要由变频器控制的调速电机、蜗轮蜗杆减速箱、基座、安放在平面轴承上的托盘、大理石及上面的抛光膜、校正盘、夹持用辅助工装及可以 检查校正盘面形的带翻转装置的翻转机构组成。机床主轴转速为0·3~3 r/min。该设备调整校正盘比较方便,视野开阔,上下被加工元件也比较方便,夹持器调整范围较大,翻转机构可以方便校正盘面形的检测及在设备休整或停机 时存放校正盘。由于校正盘夹持器较长,夹持器在工作中尤其是校正盘与抛光胶盘面形不吻合的时候容易出现颤动,影响胶盘的修正及被加工件的加工。