光学元件修形系统的加工控制方法及光学元件修形系统

摘要

本申请公开了一种光学元件修形系统的加工控制方法及光学元件修形系统，本申请的光学元件修形系统的加工控制方法包括：将待加工样品放入所述储液容器中；控制所述工作电极下降并于所述电解液的液面接触，以激发电火花；获取加工路径和加工速度；根据所述加工路径和所述加工速度控制所述位移台移动，以使所述电火花对所述待加工样品进行加工。本申请通过利用工作电极与电解液接触产生的电火花对待加工样品进行加工，由于电火花加工过程为非接触式加工，因此不会产生边缘效应和亚表面损伤；此外，根据加工路径和加工速度控制电火花对待加工样品进行加工，能够提高面形修正的精度，并且对待加工样品没有要求。

说明书

技术领域

本申请涉及光学元件加工方法，尤其是涉及一种光学元件修形系统的加工控制方法及光学元件修形系统。

背景技术

随着光学技术的不断发展与应用，对于光学元件表面的精度、质量有着较高的要求，其中，由于面形误差对光学元件的性能会产生巨大的影响，因此，在光学元件的生产过程中需要消除表面的面形误差。

目前常用的方法为小磨头剖光技术、应力盘抛光技术和磁流变抛光技术，然而小磨头剖光技术、应力盘抛光技术由于是接触式加工，因此存在边缘效应、压表面损伤等缺点，磁流变抛光技术则对待加工元件的尺寸有要求，无法加工高陡度凹曲面和大长径内腔元件。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种光学元件修形系统的加工控制方法，能够对光学元件的面形进行修正，不会产生边缘效应和亚表面损伤，并且能够对不同尺寸、形状的元件进行修形。

本申请还提出一种光学元件修形系统。

根据本申请的第一方面实施例的光学元件修形系统的加工控制方法，所述光学元件修形系统包括工作电极、用于储存电解液的储液容器、与所述电解液接触的辅助电极和设置在所述储液容器下方的位移台，所述工作电极位于所述储液容器远离所述位移台的一侧；

所述光学元件修形系统的加工控制方法包括：

将待加工样品放入所述储液容器中；

控制所述工作电极下降并于所述电解液的液面接触，以激发电火花；

获取加工路径和加工速度，根据所述加工路径和所述加工速度控制所述位移台移动，以使所述电火花对所述待加工样品进行加工。

根据本申请实施例的光学元件修形系统的加工控制方法，至少具有如下有益效果：通过利用工作电极与电解液接触产生的电火花对待加工样品进行加工，由于电火花加工过程为非接触式加工，因此不会产生边缘效应和亚表面损伤；此外，根据加工路径和加工速度控制电火花对待加工样品进行加工，能够提高面形修正的精度，并且对待加工样品没有要求。

根据本申请的一些实施例，所述获取加工路径和加工速度包括：获取待加工样品的表面参数；根据所述表面参数和去除函数计算得到所述加工路径和所述加工速度。

根据本申请的一些实施例，在所述控制所述工作电极下降并于所述电解液的液面接触，以激发电火花之前，还包括：获取所述工作电极与所述待加工样品加工面的实际距离；将所述实际距离与预设距离进行比较，以得到比较结果；根据所述比较结果，控制所述工作电极的运动。

根据本申请的一些实施例，还包括：所述根据所述比较结果，控制所述工作电极的运动包括：若所述比较结果为所述实际距离大于所述预设距离，则控制所述工作电极向所述加工面运动，以减小所述工作电极与所述加工面的距离；若所述比较结果为所述实际距离小于或等于所述预设距离，则控制所述工作电极停止运动。

根据本申请的一些实施例，还包括：将所述工作电极移动到所述电解液的液面上方；对加工完成后的所述待加工样品进行清洗。

根据本申请的一些实施例，所述工作电极与所述辅助电极均与电源电连接，在所述控制所述工作电极下降并于所述电解液的液面接触，以激发电火花之前还包括：根据所述待加工样品调节所述电源的输出参数。

根据本申请的第二方面实施例的光学元件修形系统，用于执行本申请第一方面实施例所述的光学元件修形系统的加工控制方法，包括：储液容器，所述储液容器用于存储电解液；辅助电极，所述辅助电极一端浸没在所述电解液中；位移台，所述位移台设置于所述储液容器下方，用于带动所述储液容器进行移动；工作电极，所述工作电极设置于所述储液容器远离所述位移台的一侧，所述工作电极与所述电解液接触以激发电火花，所述电火花对待加工样品进行加工。

根据本申请实施例的光学元件修形系统，至少具有如下有益效果：通过将工作电极与电解液接触以激光电火花，利用位移台带动待加工样品进行移动使得电火花能够对样品表面进行加工，从而实现光学元件的表面修形；并且由于工作电极与待加工样品的加工面之间留有间隔，因此不会产生边缘效应和亚表面损伤等问题。

根据本申请的一些实施例，还包括：升降模块，所述升降模块与所述工作电极连接，用于控制所述工作电极的上下移动。

根据本申请的一些实施例，还包括：电源，所述电源一端与所述工作电极电连接，另一端与所述辅助电极电连接。

根据本申请的一些实施例，还包括：测试模块，所述测试模块用于对加工完成后的所述待加工样品进行表征测试。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请实施例光学元件修形系统的加工控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例光学元件修形系统的结构示意图；

图3为图1中步骤S300的具体流程示意图；

图4a至图4d为光学元件进行修形的过程示意图；

图5为本申请实施例光学元件修形系统的加工控制方法的又一流程示意图；

图6为图5中步骤S600的具体流程示意图；

图7为本申请实施例光学元件修形系统的加工控制方法的又一流程示意图。

附图标记：

储液容器100、电解液110、辅助电极200、位移台300、工作电极400、升降模块500、电源600、夹持件700、待加工样品800。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面参考图1和图2描述根据本申请实施例的光学元件修形系统的加工控制方法。

如图1和图2所示，根据本申请实施例的光学元件修形系统的加工控制方法，包括但不限于以下步骤：

步骤S100：将待加工样品放入储液容器中；

步骤S200：控制工作电极下降并于电解液的液面接触，以激发电火花；

步骤S300：获取加工路径和加工速度，根据加工路径和加工速度控制位移台移动，以使电火花对待加工样品进行加工。

具体地，在本申请实施例中使用的待加工样品800为非导电材料，如石英玻璃、金刚石等。储液容器100中存储有电解液110，在储液容器100底部设置有与位移台300固定连接的夹持件700，将待加工样品800固定在夹持件700上，并被电解液110浸没。

准备开始加工时，控制工作电极400缓慢下降，并进入到电解液110中，需要注意的是，工作电极400与待加工样品800的加工面之间始终存在一定的空隙。当工作电极400与电解液110接触时会发生化学反应，从而产生稳定的气膜并激发出电火花。

获取加工路径和加工速度，并根据加工路径和加工速度控制位移台300进行移动，其中，位移台300为三轴运动平台。位移台300移动过程中，待加工样品800始终位于点火花的作用下，位移台300并根据加工速度改变移动速度，使得电火花能够对待加工样品800加工面的不同位置有着不同的停留时间，从而实现了待加工样品800加工面的面形修正。

根据本申请实施例的光学元件修形系统的加工控制方法，通过利用工作电极400与电解液110接触产生的电火花对待加工样品800进行加工，由于电火花加工过程为非接触式加工，因此不会产生边缘效应和亚表面损伤；此外，根据加工路径和加工速度控制电火花对待加工样品800进行加工，能够提高面形修正的精度，并且对待加工样品800没有要求。

在本申请的一些实施例中，如图2至图4d所示，步骤S300：获取加工路径和加工速度，根据加工路径和加工速度控制位移台移动，以使电火花对待加工样品进行加工，包括但不限于以下步骤：

步骤S310：获取待加工样品的表面参数；

步骤S320：根据表面参数和去除函数计算得到加工路径和加工速度。

具体地，通过白光干涉仪对待加工样品800的初始面形进行获取，即获取待加工样品800的表面参数，如图4a所示，由于待加工样品800加工面不同位置的粗糙程度不同，因此得到的初始面形图像颜色不均匀。根据初始面积能够得到待加工样品800加工面不同位置需要去除的材料体积，再根据去除函数、反卷积模拟能够得到各点驻留的时间，如图4b所示，其中，h(x,y)为材料去除体积、f(x,y)为去除函数，g(x,y)为驻留时间。最后通过待加工距离和各点驻留的时间即可得到加工速度。

如图4c所示，位移台300根据加工路径和加工速度带动待加工样品800进行移动，图中实线为加工路径，可以理解的是，加工路径并不局限于图中所示出的路径。在加工路径不同的位置，由于加工面不同位置需要去除的材料体积不同，因此加工速度会发生相应的改变，即位移台300的移动速度会发生变化。加工完成后得到的面形图如图4d所示，通过获取加工路径和加工速度对位移台300的移动进行控制，能够有效提高修形的精度。

在本申请的一些实施例中，如图2和5所示，在步骤S200：控制工作电极下降并于电解液的液面接触，以激发电火花之前，还包括但不限于以下步骤：

步骤S400：获取工作电极与待加工样品加工面的实际距离；

步骤S500：将实际距离与预设距离进行比较，以得到比较结果；

步骤S600：根据比较结果，控制工作电极的运动。

具体地，通过距离传感器获取工作电极400与待加工样品800加工面之间的实际距离，将实际距离与预设距离进行比较，并根据比较结果对工作电极400和待加工样品800加工面之间的距离进行校核，即通过改变工作电极400的位置来调节工作电极400和待加工样品800加工面之间的距离。可以理解的是，实际距离的测量还可以其他测量元件进行测量。

在本申请的一些实施例中，如图6所示，步骤S600：根据比较结果，控制所述工作电极的运动，包括但不限于以下步骤：

步骤S610：若比较结果为实际距离大于预设距离，则控制工作电极向加工面运动，以减小工作电极与加工面的距离；

步骤S620：若比较结果为实际距离小于或等于预设距离，则控制工作电极停止运动。

具体地，预设距离为30微米，并且由于加工电极始终位于待加工样品800加工面的上方，因此，加工电极与加工面之间的距离还需要大于0微米。当实际距离大于30微米时，则控制工作电极400向着加工面所在的方向运动，从而减小工作电极400与加工面之间的距离，当距离缩小到30微米时，则暂停工作电极400的运动。当实际距离小于或等于30微米时，则工作电极400保持不动，直到开始加工才将工作电极400向下移动以和电解液110接触。

在本申请的一些实施例中，如图7所示，光学元件修形系统的加工控制方法还包括：

步骤S700：将工作电极移动到电解液的液面上方；

步骤S800：对加工完成后的待加工样品进行清洗。

具体地，当加工完成后，将工作电极400移动到电解液110的液面上方，等冷却后将修形完成后的待加工样品800取下，利用酒精、超声波震动等方式对待加工样品800进行清洗，从而完成了待加工样品800的表面修形过程。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，工作电极400与辅助电极200均与电源600电连接，在步骤S200：控制工作电极下降并于电解液的液面接触，以激发电火花之前，还包括根据待加工样品调节电源的输出参数。

具体地，光学元件修形系统还包括电源600，电源600的正极与辅助电极200连接，电源600的负极则与工作电极400连接。在控制工作电极400下降到与电解液110接触之前，需要根据待加工样品800对加电源600的输出参数进行调节，电源600参数包括输出波形、电压、频率和占空比。通过设置合适的电源600输出参数，能够使得加工电极与电解液110发生电化学反应并产生稳定的气膜，从而实现电火花放电，以对待加工样品800进行加工。此外，本申请对电源600的技术要求较低，在一定程度上能够降低系统的成本。

在一些实施例中，本申请还提出了一种光学元件修形系统，用于执行上述任一实施例的光学元件修形系统的加工控制方法，如图2所示，光学元件修形系统包括储液容器100、辅助电极200、位移台300和工作电极400，储液容器100用于存储电解液110；辅助电极200一端浸没在电解液110中；位移台300设置于储液容器100下方，用于带动储液容器100进行移动；工作电极400设置于储液容器100远离位移台300的一侧，工作电极400与电解液110接触以激发电火花，电火花对待加工样品800进行加工。

具体地，储液容器100大致为上方开口的长方体结构，用于存储电解液110，在本申请中使用的电解液110为氢氧化钠溶液，可以理解的是还可以使用电解质的溶液。辅助电极200为铂电极，一端浸没在电解液110中，另一端位于电解液110液面上方，并且辅助电极200与待加工样品800的加工区域之间具有一定距离。位移台300采用的是三轴运动平台，设置于储液容器100下方，能够带动待加工样品800进行移动。工作电极400设置在储液容器100原理位移台300的一侧，当工作电极400与电解液110接触时，会激发出电火花，从而能够对待加工样品800进行修形加工。

在储液容器100内还设置有夹持件700，夹持件700与位移台300固定连接，用于固定待加工样品800。对于厚度小于两毫米的样品，需要先用胶水将待加工样品800固化在夹具上，在将粘接好的待加工样品800固定在夹持件700上；厚度大于两毫米的样品，则可以利用夹持件700直接进行固定，其中，待加工样品800需要进行加工的一面靠近加工电极设置。

根据本申请实施例的光学元件修形系统，通过将工作电极400与电解液110接触以激光电火花，利用位移台300带动待加工样品800进行移动使得电火花能够对样品表面进行加工，从而实现光学元件的表面修形；并且由于工作电极400与待加工样品800的加工面之间留有间隔，因此不会产生边缘效应和亚表面损伤等问题。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，光学元件修形系统还包括升降模块500，升降模块500与工作电极400连接，用于控制工作电极400的上下移动。

具体地，升降模块500与工作电极400远离储液容器100的一端连接，用于带动工作电极400进行上下移动。例如，当需要开始加工时，则升降模块500会向下移动，以使工作电极400能够与电解液110进行接触，从而产生电火花；当加工完成后，升降模块500则会向上移动，使得工作电极400移到电解液110液面上方。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，光学元件修形系统还包括电源600，电源600一端与工作电极400电连接，另一端与辅助电极200电连接。

具体地，电源600模块的正极与辅助电极200电连接，负极则与工作电极400电连接。通过调节电源600的输出参数、工作电极400的直径大小能够实现纳米级别精度的材料去除，从而实现待加工样品800的高精度修形，并且加工过程中，对电源600等模块技术要求较低，能够降低光学元件修形系统的成本。

在本申请的一些实施例中，光学元件修形系统还包括测试模块(图中未标出)，测试模块用于对加工完成后的待加工样品800进行表征测试。测试模块包括白光干涉仪、电子显微镜、原子力显微镜等仪器，能够对面形修正后的待加工样品800进行一系列表征测试，以确保加工完成后样品的质量与精度。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。