[发明专利]一种光学零件加工与检测一体化制造装置及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学零件加工与检测一体化制造装置及制造方法，属于光学零件加工领域。

背景技术

各类球面、非球面光学零件是照相机、CCD、医疗仪器、测量仪器、空间探测器、天文望远镜等光学系统的常用零件，有着大量及广泛的应用需求，目前不但要求制造精度高，其需求量也非常巨大，因此要求高效率地加工制造。

随着现代光学加工技术的发展，国际上采用多种加工工艺都可以加工出高品质的光学镜零件。利用单点金刚石车削、数控研磨、计算机控制小磨头研抛、能动盘技术、聚束能流技术等，均可以加工十几mm到几百mm口径的光学零件。

德国Zeiss公司为了加工光刻机非球曲面投影镜头，早期曾利用传统的铣磨方法加工，但加工效率低，工期不确定因素很多，完工期限不易保证，常导致很高的加工费用。所以，Zeiss从上世纪90年代开始，采用了传统光学加工与超精密数控机床加工相结合的方法。目前Zeiss公司所生产的光刻机投影镜头的特点是口径大，非球度大，精度要求极高，生产数量较大，可以在短周期内确保按计划供货。加工过程中全部采用数控设备。毛坯通过普通精度专用数控磨床直接磨出非球面的大致形状，然后通过超精密数控非球面磨床精磨，以获得可以直接抛光的非球面面形，再进行抛光机械小磨头数控抛光、磁流变抛光和离子束抛光。但无论数控研磨和抛光加工，每一加工阶段均需要进行离线检测。

美国的Moore、英国的Taylor Hobson、荷兰的Philips、英国的Granfield等公司或大学均为高精度光学零件的生产研制了专用光学零件制造装备。1998年Moore公司研制的Nanotech 500FG五轴自由曲面铣、磨机床，最大加工直径为500mm，表面粗糙度最高能达到Ra0.005μm。英国Granfield大学精密工程研究所研制的OAGM2500六轴数控超精密磨床，可用于光学零件超精密车削、磨削，其加工面形精度可达2.5μm。日本东芝机械、丰田工机、不二越、Fanuc、Nagasei公司等生产了多品种商品化的超精密磨削加工机床，可用于各种尺寸平面、球面、非球面光学零件的超精密镜面加工。

国际光学零件制造的主要工艺环节之一是高精度测量技术。目前，对各类口径非球面的高精度检测有多种理论与方法研究，主要方法包括：扫描(坐标)测量方法、零补偿镜方法、光学与计算全息法、子孔径拼接方法、无像差点检验法、剪切干涉测量方法等。并且依据原理不同研制开发出了多类型的测量仪器，如美国ZYGO公司数字波面干涉仪、美国QED公司SSI自动拼接干涉仪、英国Taylor Hobson公司PGI测量仪器、德国LOH公司测量仪器等。