[发明专利]一种全自由曲面离轴三反系统的制造方法

说明书

本发明属于光学器件制造及超精密加工技术领域，涉及一种全自由曲面离轴三反系统的制造方法。该制造方法对各个工作面的加工实施了严格的坐标控制，保证了其定位精度，实现了控形控位一体化制造的功能，极大的提高了全自由曲面离轴三反系统的成型效率及精度。本发明主要包括以下步骤：1)加工自由曲面镜子；2)支撑结构的加工，支撑结构的加工以机床坐标系为基准，分别对各工作面进行超精加工；3)将自由曲面镜子分别安装到相对应的支撑工作面上，利用光学胶固定，即可完成全自由曲面离轴三反系统的制造。

技术领域

本发明属于光学器件制造及超精密加工技术领域，涉及一种全自由曲面离轴三反系统的制造方法。

背景技术

自由曲面是指任意非传统曲面，其不具有任意对称性，且具有非常丰富灵活的参数化表现形式。与传统的回转对称曲面相比，自由曲面可以提供更多的设计自由度，在光学性能、体积和重量限制等方面具有诸多的优越性。随着科技的发展，各领域对自由曲面的需求越来越广，对自由曲面元件和系统精度的要求是越来越高。

全自由曲面离轴三反系统采用三片自由曲面反射镜，大大提升了离轴三反系统的像差矫正能力，在实现系统无遮拦和高成像性能的同时，三片镜子在空间中还可以灵活的布局，可产生超紧凑型多面体光学架构，从而满足空间光学领域对载荷小型化和轻量化的需求，具有重要的应用前景。

由于自由曲面不具备对称性，导致全自由曲面离轴三反系统的装调自由度多，传统装调方法难以实施。全自由曲面离轴三反系统的装调方法也是目前国际上的研究热点，如计算机辅助装调技术等，然而目前的装调方法都还不成熟，特别是在装调效率上有待进一步提升。此外，目前自由曲面光学元件的加工方法不断涌现，但全自由曲面离轴三反系统的制造方法却鲜有报道。因此，急需一种系统级的全自由曲面离轴三反系统高效制造解决方案，提高整个系统的成型效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全自由曲面离轴三反系统的制造方法，该制造方法对各个工作面的加工实施了严格的坐标控制，保证了其定位精度，实现了控形控位一体化制造的功能，极大的提高了全自由曲面离轴三反系统的成型效率及精度。

本发明解决上述问题的技术方案是，一种全自由曲面离轴三反系统的制造方法，全自由曲面离轴三反系统包括支撑结构和自由曲面镜子，自由曲面镜子安装在支撑结构上，自由曲面镜子包括主镜、次镜和三镜；其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)加工自由曲面镜子；

2)支撑结构的加工，支撑结构的加工以机床坐标系为基准，分别对各工作面进行超精加工，具体包含以下步骤：

2.1)选定主镜支撑面为第一个加工面，首先利用机床主轴将主镜支撑面旋转到与X轴垂直的位置，根据设计要求，确定主镜支撑面到机床坐标中心的距离，该机床坐标中心的X＝0，利用机床坐标控制，将主镜支撑面在X轴方向加工到指定的坐标位置；

2.2)在X方向加工的同时，根据设计要求，确定主镜支撑面在Y轴方向需要加工到的坐标，利用机床坐标控制，将主镜支撑面在Y轴方向加工到指定的坐标位置，此时，会在主镜支撑面Y轴方向的上端留下一个平台，即Y轴所留平台；

2.3)在主镜支撑面沿着Z轴方向的末端安装第一辅助长方块，并对第一辅助长方块进行超精加工，加工结束时记录Z轴方向的坐标；

2.4)主镜支撑面加工完成后，以主镜支撑面为起始位置将支撑结构次镜工作面旋转到与X轴垂直的位置，利用步骤2.1)和2.2)完成次镜支撑面的加工；在次镜支撑面沿着Z轴方向的末端安装上第二辅助长方块，根据主镜、次镜直径的差值，结合步骤2.3)所述坐标，计算得到次镜支撑面上第二辅助长方块所需加工到的坐标位置，利用机床坐标控制，将第二辅助长方块在Z轴方向加工到指定的坐标位置；