[发明专利]大口径精密光学晶体表面微缺陷修复用自动对刀工艺方法

说明书

大口径精密光学晶体表面微缺陷修复用自动对刀工艺方法，属于精密光学加工领域。本发明是为了解决大口径KDP晶体元件表面微缺陷修复时人工对刀效率低、重复精度差等问题。根据捕捉的刀具及其倒影的轮廓信息，确定每帧图像中刀具与倒影的像素距离；对显微镜采集到的图像尺寸比例进行标定，确定刀具距晶体对刀表面的视觉距离；计算“投影法”对刀过程中视觉差引起的刀具与倒影间距离误差，估算刀具与晶体对刀表面的实际距离；确定最终对刀阶段的时机以保证对刀精准性。根据刀具与晶体的相对位置设计刀具在不同位置处的进给速度、步长参数，建立对刀程序实现刀具从零点到对刀完成的全自动化过程，节省晶体修复时间。

技术领域

本发明属于精密光学加工领域，具体涉及一种大口径精密光学晶体表面微缺陷修复用自动对刀工艺方法。

背景技术

为了解决能源危机，缓解人们对煤、石油、天然气等化石燃料的依赖程度，世界各国均在进行激光驱动惯性约束核聚变工程的研制工作。在激光核聚变工程中，需要用到上万块大口径、高精度、高表面质量的光学元件来对初始低能量输入激光进行整形、传输、放大、倍频等处理，以获得适宜于“聚变点火”环境的高能量紫外激光输出。在这些光学元件中，KDP晶体因具备独特的光学特性而被用来制作光电开光和倍频器，成为现阶段激光核聚变工程中不可替代的核心器件。软脆KDP晶体元件的超精密加工和水溶性生长均极其困难；同时，加工制备后的晶体元件在强激光环境下易发生激光损伤并在后续激光辐照下急剧扩展。晶体元件的激光损伤会严重影响其光学性能和使用寿命，从而极大地限制KDP晶体在激光核聚变工程中的推广应用。目前，采用精密微铣削技术对晶体表面激光损伤点进行修复去除是抑制激光损伤增长，提升晶体元件激光负载能力的一种行之有效的方法。经过微铣削修复后的晶体表面在承受500次左右的激光辐照后就需要进行更换，而激光核聚变工程为了保证打靶密度，至少需要每30秒进行一次激光辐照，这就意味着平均每4小时就要完成一次晶体元件的更换、检测、修复和再次安装的循环。因此，开发出高效、可靠、精密的微铣削修复技术对于解决昂贵KDP晶体元件使用过程中的激光损伤难题具有至关重要的作用。

对光学晶体表面损伤缺陷进行修复时，每个缺陷修复后深度约为30μm左右。由于晶体存在一定平面度误差，叠加修复机床各种误差的影响，不同位置缺陷点的对刀距离会有10～50μm的差异。因此，对于晶体表面上不同位置处的缺陷，需要分别对刀才能进行修复加工。这样，对刀时间长短就直接影响整块晶体的修复效率。同时，针对大口径KDP晶体元件，最终修复深度允许的误差仅为数微米，对刀误差必须控制在5μm左右。目前，传统的对刀方法是根据CCD图像通过人工经验判断刀具相对工件表面的距离、进给速度等参数来完成，这种对刀方式精度不高，重复性精度低，反复调整焦距和放大倍率的过程也费时费力。对于一块410mm×410mm的大口径KDP晶体元件，微缺陷数量一般为100个以上，如果对每个缺陷点都采用手动对刀，仅考虑时间消耗就远不能满足效率要求。

发明内容

本发明是为了解决大口径KDP晶体元件表面微缺陷修复时人工对刀效率低、重复精度差等问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种大口径精密光学晶体表面微缺陷修复用自动对刀工艺方法，它由以下步骤实现：

步骤1.安装KDP晶体元件，组装并调整用于缺陷检测的上显微镜系统和对刀显微镜系统，晶体修复机床系统各轴(X₂,Y₂,Z₂)自动回零；

步骤2.基于对刀CCD驱动程序提供的标准库函数，开发调试工具采集对刀过程的每帧图像数据信息，并将之转化为可处理的IplImage图像格式；

步骤3.根据步骤2采集的实时对刀图像信息，基于跨平台开源计算机视觉图像处理库对每帧对刀图像进行数据处理，捕捉对刀过程中微铣刀及其倒影的轮廓；