一种倾斜入射的离子束抛光修形加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学加工领域，具体涉及一种倾斜入射的离子束抛光修形加工方法。
【背景技术】
[0002] 离子束修形加工是应用于光学零件确定性加工的一种新技术，原理是在真空环境 中，应用离子源发射的离子束轰击光学镜面，利用离子轰击产生的物理溅射效应去除光学 零件表面的误差材料。离子束修形具有纳米量级的加工精度，是高确定性、高稳定性和非接 触的加工方式。离子束修形克服了传统方法修形加工过程中的边缘效应、刀具磨损和压力 负载等缺点。离子束修形适宜于加工高精度、非球面、异型、薄型等难加工光学零件。
[0003] 目前，离子束加工光学零件有两种加工方式，五轴加工方式（如图1所示）和三轴 加工方式（如图2所示）。如图1所示，采用五轴加工方式时，在加工过程中需要使离子源 3发出的离子束2垂直入射待加工光学元件1 (如光学曲面），入射角（离子束与工件表面 加工点法线的夹角）始终是0°。如图2所示，采用三轴加工方式时，在加工过程中离子源 3发出的离子束2的姿态保持不变，离子束2始终平行于待加工光学元件1的轴线，但是入 射角是变化的。根据溅射理论，材料的溅射去除速率随着入射角的增大而增大。这表明入 射角始终为零度的五轴加工方式材料去除速率最低，三轴加工方式虽然入射角不再始终是 零度，材料去除速率有了一定的提高，但是多数入射角是在零度附近，因此加工效率与五轴 加工相比，虽有提高，但提高得不多。此外，有些实验表明，离子束倾斜入射比垂直入射能获 得更小的表面粗糙度。因此，对于更加关注粗糙度的应用中，应用倾斜入射离子束修形加工 不但能缩短加工时间，提高加工效率，还能获得更好的表面质量。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种加工效率高、加 工时间短，表面粗糙度小、加工表面质量好的倾斜入射的离子束抛光修形加工方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] 本发明提供一种倾斜入射的离子束抛光修形加工方法，步骤包括：
[0007] 1)根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径；
[0008] 2)设定向量形式的倾斜加工入射角⑷，灼，根据倾斜加工入射角(也灼获取倾斜入 射去除函数iv@( x，.v)，并计算出离子束修形加工路径上各点Pi处的加工驻留时间τ i;
[0009] 3)计算出离子束修形加工路径上各点Pi处的常规机床运动控制坐标，并将常规 机床运动控制坐标根据倾斜加工入射角(A妁修正为倾斜入射加工所需的机床运动控制坐 标；
[0010] 4)根据离子束修形加工路径上各点Pi处的倾斜入射加工所需的机床运动控制坐 标、加工驻留时间τ i对待加工光学元件的表面进行数控修行加工。
[0011] 优选地，所述步骤2)的详细步骤包括：
[0012] 2. 1)设定向量形式的倾斜加工入射角(也灼，其中Φ表示离子束抛光机床用于离 子束姿态运动控制的A轴倾斜角度，P表示离子束抛光机床用于离子束姿态运动控制的B 轴倾斜角度；
[0013] 2.2)在常规去除函数实验中使离子束抛光机床的A轴倾斜角度为Φ、离子束抛 光机床的B轴倾斜角度，进行去除函数实验得到设定入射角(A约下的倾斜入射去除函数 ;
[0014] 2.3)使用倾斜入射去除函数；V0(x，.V)替代常规去除函数p(x，y)计算加工路径 上各点P i处的加工驻留时间τ P
[0015] 优选地，所述步骤3)的详细步骤包括：
[0016] 3. 1)根据式（1)和式（2)计算出离子束修形加工路径上各个第i点Pi*基于常 规加工方法的机床运动控制坐标(X丨^ Zj1 α丨尻）；
【主权项】
1. 一种倾斜入射的离子束抛光修形加工方法，其特征在于步骤包括： 1) 根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径； 2) 设定向量形式的倾斜加工入射角（A约，根据倾斜加工入射角(A约获取倾斜入射去 除函数，并计算出离子束修形加工路径上各点P i处的加工驻留时间τ i; 3) 计算出离子束修形加工路径上各点Pi处的常规机床运动控制坐标，并将常规机床运 动控制坐标根据倾斜加工入射角⑷,灼修正为倾斜入射加工所需的机床运动控制坐标； 4) 根据离子束修形加工路径上各点Pi*的倾斜入射加工所需的机床运动控制坐标、加 工驻留时间τ i对待加工光学元件的表面进行数控修行加工。
2. 根据权利要求1所述的倾斜入射的离子束抛光修形加工方法，其特征在于，所述步 骤2)的详细步骤包括： 2. 1)设定向量形式的倾斜加工入射角（4约，其中Φ表示离子束抛光机床用于离子束 姿态运动控制的A轴倾斜角度，表示离子束抛光机床用于离子束姿态运动控制的B轴倾 斜角度； 2.2)在常规去除函数实验中使离子束抛光机床的A轴倾斜角度为Φ、离子束抛光 机床的B轴倾斜角度心进行去除函数实验得到设定入射角(A灼下的倾斜入射去除函数 (W); 2. 3)使用倾斜入射去除函数替代常规去除函数P (X，y)计算加工路径上各点 Pi处的加工驻留时间τ P
3. 根据权利要求2所述的倾斜入射的离子束抛光修形加工方法，其特征在于，所述步 骤3)的详细步骤包括： 3. 1)根据式（1)和式（2)计算出离子束修形加工路径上各个第i点Pi处基于常规加 工方法的机床运动控制坐标(4穴4 <成)；
式⑴和式⑵中，卜?^为第i点Pi处的法向量，（心为加工点Pi在工件 坐标系的坐标值，1为加工靶距； 3. 2)将所述离子束修形加工路径上各个第i点Pi处基于常规加工方法的机床运动控 制坐标(4 W 4 %爲〇采用式（3)和式⑷修正为倾斜入射加工所需的机床运动控 制坐标（Xi Yi Zi a i β );
式⑶和式⑷中4 4爲)表示离子束修形加工路径上各个第i APi 处基于常规加工方法的机床运动控制坐标，Ui Yi Zi Qi f^)表示离子束修形加工路径上 各个第i点Pi*倾斜入射加工所需的机床运动控制坐标，Φ表示离子束抛光机床的A轴倾 斜角度，P表示离子束抛光机床的B轴倾斜角度，1为加工靶距。
【专利摘要】本发明公开了一种倾斜入射的离子束抛光修形加工方法，步骤包括：根据待加工光学元件的形状和尺寸建立离子束修形加工路径；设定倾斜加工入射角获取倾斜入射去除函数并计算出离子束修形加工路径上各点Pi处的加工驻留时间τi；计算出各点Pi处的常规机床运动控制坐标，并修正为倾斜入射加工所需的机床运动控制坐标；根据离子束修形加工路径上各点Pi处的倾斜入射加工所需的机床运动控制坐标、加工驻留时间τi对待加工光学元件的表面进行数控修行加工。本发明具有加工效率高、加工时间短的优点，而且由于倾斜入射的方式修形加工，能够减小某些材料的表面粗糙度、提高表面质量。
【IPC分类】B24B1-00
【公开号】CN104875080
【申请号】CN201510236617
【发明人】周林, 戴一帆, 李圣怡, 解旭辉, 廖文林
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月11日