一种高精度矩形光楔的加工方法与流程

本发明涉及光学加工领域，具体涉及一种高精度矩形光楔的加工方法。

背景技术：

折射棱镜的工作面称为折射平面，2个折射平面的交线称折射棱，相邻折射平面的夹角称为折射棱角，折射棱角很小时的折射棱镜称为光楔，利用棱镜的折射性实现光路的偏折，从而实现提供不同角位置光源。因其在激光波长调谐、像差控制、全息术、激光光斑调整等方面有重要用途而被广泛研究。由于光楔对折射光控制的精确性高和自由度大的特点，其被陆续用在追踪与制导系统、激光雷达系统、卫星间激光通信的测试系统、OCT扫描探测系统，以及共聚焦显微镜系统中。因此，为了实现这些应用，需要保证楔角的高精度加工，以实现光楔对折射光的精确控制。

传统的光楔楔角加工一般分为以下两种：

(1)用平行光胶垫板磨制楔形角。这种方法主要是在镜盘上磨制出一个零件所需要的楔形角。加工时可先按一般方法抛光第一面，其光圈数应能保证光胶和楔形角精度。而加工第二面时，可利用光胶第一面抛光出所需要的楔形角，示意图见图1。

(2)用楔形夹具磨制楔形角。这种加工方法的特点是利用零件与夹具组合后，零件的完工楔角与夹具的楔角互为内错角的关系进行加工，当零件与夹具光胶后，磨去多余部分，从而使零件达到所要求的楔形角。对于高精度的光楔来说，通常采用玻璃夹具，示意图见图2。首先用加工一般平行平面镜的方法，抛好第一面，然后利用该面与夹具光胶组成一体，再将组合体光胶在平行光胶垫板上进行加工，加工时应严格控制平行差，同时通过修改光圈来保证楔角在秒级以内的精度。

以上两种方法，虽然都能够加工出高精度的光楔，但都是针对于圆形的楔形镜。对于具有大尺寸，较大长宽比，尤其是长边方向为微楔角的矩形光楔来说，无法适用。而采用分离器加工的矩形光楔，虽然能获得较高的单面面形精度，但很难保证其透过面形精度以及楔角精度，更难保证楔角的方向。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种矩形光楔的加工方法，解决了矩形光楔加工过程中，由于其长宽比较大导致透过面形与楔角难以控制的问题；且与传统单块加工方法相比，无需专用工装，从而提高了加工效率和降低了加工成本。

为实现上述技术目的，本发明通过对待加工楔板进行透射面形以及楔角的干涉测量分析，由软件计算出等效面形误差；采用数控加工工艺流程完成楔板的透射面形精度以及楔角的精度满足指标要求。加工流程包括以下步骤，参见图1：

步骤1)对待加工楔板进行透射面形以及楔角的测量分析，具体采用激光平面干涉仪，参考“Angle Measurement MetroPro Application”中的测量方法，测量得到楔板的透射面形以及楔角，分析得到矩形楔板的Wedge X以及Wedge Y，其中Wedge X为楔板在长度方向的实测倾斜量，其中Wedge Y为楔板在宽度方向的实测倾斜量，即分别为楔板的楔角以及塔差。

步骤2)判断面形误差是否达到加工要求，若达到要求则结束加工，否则根据测量所得的透射面形与楔角，计算出等效的面形误差。

步骤3)将楔板固定在数控加工机床中心上，根据楔板的等效面形误差对楔板进行抛光；

步骤4)一个抛光周期结束后，返回步骤1)。

其中，等效面形误差计算方法如下：

W＝W_T+W_X+W_Y，

根据权利要求1所述的高精度楔板加工方法，其特征在于，所述的计算楔板的等效面形误差W，公式如下：

W＝W_T+W_X+W_Y，

式中，W_T为干涉仪测得的楔板实际的透射面形，W_X＝LL×tan(Wedge X-Wedge X0)，W_Y＝WW×tan(Wedge Y-Wedge Y0)；其中，LL为楔板的长度，WW为楔板的宽度，单位为μm，Wedge X为楔板在长度方向的实测倾斜量，Wedge Y为楔板在宽度方向的实测倾斜量；Wedge X0为楔板在长度方向的理论倾斜量，Wedge Y0为楔板在宽度方向的理论倾斜量，单位为秒。

本发明专利的优点是：

(1)本发明采用了数控加工方式，不需要复杂且高精度的工装夹具，减小了加工成本。

(2)本发明根据测量所得的透射面形与楔角，计算得到数控加工所需的等效的面形误差。

(3)本发明利用数控机床，与传统的加工方法相比，将楔角误差以及塔差引入到透过面形误差中，通过加工矩形光楔的等效透过面形误差，同时完成楔板的透射面形的加工以及楔角的高精密加工，因而，提高了光楔的加工效率。

附图说明

图1是传统光楔楔角加工的示意图，其中左图为正视图，右图为剖面视图。

图2是磨制楔形角的楔形夹具示意图，其中左图为一种夹具的正视图和剖面视图，右图为另一种夹具的正视图和剖面视图。

图3是高精度矩形光楔加工的加工流程图。

图4是高精度矩形光楔的干涉测量示意图。

具体实施方式

下面参考附图并结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

加工实例说明：

1.材料：熔石英JGS1

2.外型尺寸：口径400mm×60mm，公差为-0.1mm至-0.2mm，有效通光口径380mm×50mm，厚度15mm；

3.透射波前PV小于0.2λ(@633nm)；

4.楔角θ₁为3”-5”；

5.塔差π<0.4”。

参见图3所示，一种高精度矩形光楔的加工方法，包括以下步骤：

步骤1)对待加工楔板进行透射面形以及楔角的测量分析，具体采用Zygo激光平面干涉仪，参见图4，参考“Angle Measurement MetroPro Application”中的测量方法，测量得到楔板的透射面形以及楔角，得到矩形楔板的Wedge X＝2.39”以及Wedge Y＝1.11”，即楔角θ₁以及塔差π。

步骤2)判断面形误差是否达到加工要求，若达到要求则结束加工，否则根据测量所得的透射面形与楔角计算出等效的面形误差，即根据指标，令Wedge X0＝4”，Wedge Y0＝0，则楔角偏差为Wedge X-Wedge X0＝-1.61”，塔差偏差为Wedge Y-Wedge Y0＝1.11”，则计算得到楔板的等效面形误差，输出为机床加工所需的数据格式。

步骤3)将楔板固定在数控加工机床中心上，根据楔板的等效面形误差对楔板进行抛光；

步骤4)一个抛光周期结束后，返回步骤1)。

最终加工结果为：透射波前PV为0.136λ(@633nm)，楔角θ₁为3.2”，塔差π为0.11”。