航天相机非球面光学元件的离子束抛光工艺研究.pdf

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1、制造技术研究航天制造技术航天相机非球面光学元件的离子束抛光工艺研究孟晓辉王永刚李文卿(北京空间机电研究所，北京100094)摘要：介绍了某型号航天相机中一块q)305mm大相对孔径(F#1．3)二次凸非球面反射镜的离子束抛光工艺方法。通过去除函数长时间稳定性分析实验，确认了RF60和RF40两种规格的离子源工艺参数，其所产生的去除函数的PV峰值去除率稳定性分别为3．71％和4．5％。对低入口面形精度的凸非球面反射镜，经过三轮离子束抛光，其面形精度从初始的PV--1．302九、RMS=0．201九提高至PV--0．157九、腓0．013九，满足了型号设

2、计要求。关键词：光学加工；凸非球面；离子束抛光；面形精度ApplicationofIonBeamFiguringTechnologyonAerospaceCameraAsphericMengXiaohuiWangYonggangLiWenqing(BeijingInstituteofSpaceMechanicsandElectricity,Beijing100094)Abstract：TheprocessofionbeamfiguringforaconicconvexasphericwithlargerelativeapertureF1．3and函3

3、05mmdiameterwerediscussed．AlongtimeremovefunctionstabilityexperimentalwasanalyzedtodeterminetheoptimizedionbeamsourcesettingparametersforRF60andRF40，themaximumetchheightPVerrorofwhichwasrespectively3．71％and4．5％．Theconvexmirrorwithlowerinitialsurfacefigureerrorwaspolishedbyionbe

4、amplant．beforeionbeamfiguring，surfacefigureerroroftheconvexmirroris2．817kp—v’0．313krms，andisimprovedto0．239kP—V，0．014)、．rmsafterthreeprocessiterations．Theresultssatisfyoriginaldesignrequirements．Keywords：opticalfabrication；convexasphericsurface；ionbeamfiguring；surfacefigure1引言随

5、着空间光学遥感技术的发展，不仅对航天相机光学系统中的非球面光学元件加工精度要求越来越高，还对非球面光学元件的制造效率提出了更高的要求川。传统凸非球面加工，如范成法、修带法等主要依赖于工艺人员手艺水平的加工方法很难达到较高的加工精度；随着计算机技术的发展，CCOS、应力盘抛光等计算机数控抛光技术在非球面反射镜加工领域取得了较好的加工结果，但在实践中发现，这些数控抛光方法随着加工时间的持续，其工具头产生了较大的磨损，去除特性不稳定，加工结果偏离了预期，导致非球面面形精度收敛效率低拉’3J；离子束抛光技术则是基于离子溅射理论，利用惰性中性离子束能量流对光学

6、表面进行轰击，从而实现了纳米精度的表面误差去除，具有去除特性稳定、无边缘效应、加工精度高等优点，在非球面加工阶段得到了广泛应用一J。长期以来，离子束抛光被认为主要应用于非球面反射镜的精细加工，即通过CCOS等数控抛光手段将非球面面形精度加工到M30～U20时，再进行离子束抛光。本文通过结合某型号相机中一块较低面形精度的q’305mm凸非球面反射镜开展了相关的离子束抛光工艺试验。试验结果表明，离子束抛光技术不仅能应作者简介：孟晓辉(1985一)，工程师，光学工程专业；研究方向：光学超精密加工与检测。收稿日期：2016—11—0127制造技术研究2016

7、年12月第6期用于非球面的精细加工，实现较高的面形精度，还能作为一种主要的加工手段，对非球面误差实现大去除量去除，提高非球面加工效率。2离子束抛光原理2．1基本原理离子束抛光是基于原子溅射理论而发展起来的一种去除精度达原子级别的抛光技术，如图1所示，带有一定能量的离子束(Ar+)流轰击非球面表面后，离子将同浅层光学表面内的原子不断地碰撞，在碰撞中与浅层原子进行能量交换，获得能量的原子继续将能量传递给周围原子，形成级联运动。当原子由于碰撞所获得的能量大到可以挣脱表面束缚时，将从固体表面脱离出去形成溅射原子【5J。、一一一、r⋯一一。溅射离子～。二[蔓]

8、一表面去除图1离子束抛光原理2．2离子源工作原理RF型射频离子源最早是由德国Giessen大学的H．W．Lo