矩形離軸非球面反射鏡雙擺法加工與檢測(cè)

宋淑梅

(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春130033)

1 引言

離軸非球面反射鏡具有無(wú)中心遮攔、可改善像質(zhì)、增加系統(tǒng)的相對(duì)口徑和簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，在大型望遠(yuǎn)鏡、空間相機(jī)、軍事偵察等現(xiàn)代化光學(xué)系統(tǒng)中是不可替代的。某些特殊的光學(xué)系統(tǒng)如空間光譜儀不僅要求光學(xué)系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、大視場(chǎng)、高分辨率、無(wú)中心遮攔，而且還需具有矩形通光孔徑。因此，采用矩形離軸非球面輕質(zhì)反射鏡的光學(xué)系統(tǒng)是滿足上述要求的最佳選擇。矩形離軸非球面鏡的光學(xué)加工除具有一般離軸非球面的加工難點(diǎn)外，因其遠(yuǎn)離母軸軸心的外側(cè)邊兩直角區(qū)域存在急劇的面形偏差且為孤立區(qū)域，使該兩處的加工又成為一個(gè)難點(diǎn)。目前，離軸非球面光學(xué)元件的加工［1］主要有傳統(tǒng)和現(xiàn)代加工技術(shù)。傳統(tǒng)的經(jīng)典方法有兩種:一是采用先加工出全口徑母鏡，再?gòu)募庸ね瓿珊蟮哪哥R上切割出所需要的部分。這種方法的好處是解決了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱問(wèn)題，但具有一定的局限性;二是通過(guò)高級(jí)技師的手工修磨完成對(duì)離軸非球面光學(xué)元件的加工?，F(xiàn)代加工技術(shù)主要有計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)、應(yīng)力盤拋光技術(shù)、磁流變拋光技術(shù)以及離子束拋光技術(shù)［2］等，在光學(xué)非球面加工領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。盡管如此，針對(duì)具有矩形通光孔徑的高精度矩形離軸非球面鏡的光學(xué)加工，上述方法依然難以盡如人意。如計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)加工產(chǎn)生的中頻誤差較大，應(yīng)力盤拋光技術(shù)復(fù)雜、成本較高，適于大口徑鏡面的加工。離子束拋光技術(shù)加工效率較低，一般僅用于達(dá)到一定精度后的后期拋光加工且產(chǎn)生的高頻誤差較大。因此，具有高效率低成本的高精度矩形離軸非球面加工工藝是一個(gè)有著實(shí)用價(jià)值的研究方向。

雙擺動(dòng)加工方法是由經(jīng)典的修帶拋光技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來(lái)的一種高精度、低成本的工藝方法。對(duì)于離軸非球面鏡的加工，雙擺動(dòng)加工方法通過(guò)改造機(jī)床，將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為往復(fù)擺動(dòng)，靠擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨盤與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并采用特定的工藝方法實(shí)現(xiàn)以單塊獨(dú)立加工方式完成離軸非球面鏡的加工。

2 矩形離軸非球面鏡加工

2.1 矩形離軸非球面鏡加工特點(diǎn)

通光口徑為矩形的離軸非球面，除了存在一般離軸非球面無(wú)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的加工難點(diǎn)外，還在其遠(yuǎn)離母軸的外側(cè)邊角處具有急劇面形偏差。此兩處不僅非球面梯度很大，而且每處區(qū)域面積均很小，使得磨盤姿態(tài)很難控制，采取局部單獨(dú)修磨的方式加工極易造成嚴(yán)重的局部誤差，導(dǎo)致該兩區(qū)域雖然修磨量相同但修磨后兩者之間面形相差很大而且與整體面形的偏離也可能很大，甚至在光學(xué)檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)過(guò)該兩區(qū)域的光線難以進(jìn)入到檢測(cè)視場(chǎng)之內(nèi)。所以，矩形離軸非球面加工難度更大。為解決上述加工難題，根據(jù)離軸非球面性質(zhì)設(shè)計(jì)出雙擺法加工工藝，并改造成功雙擺動(dòng)拋光機(jī)床使該工藝方法得以實(shí)施。該設(shè)備已獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。

2.2 雙擺動(dòng)加工方法介紹

通過(guò)普林斯頓假設(shè)和線性理論推導(dǎo)，可以建立如下關(guān)于材料去除量的數(shù)學(xué)模型［3］:

式中，K為比例常數(shù)，與加工過(guò)程參數(shù)(加工溫度、磨頭材料、工件材料等)有關(guān)，P為磨盤與工件間的相對(duì)壓力，V為磨盤與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，t為磨盤在工件加工區(qū)域的駐留時(shí)間，z為工件材料去除量。由上式可見，材料去除量與相對(duì)壓力、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和駐留時(shí)間均呈正比關(guān)系。進(jìn)一步的研究得出，當(dāng)工作壓強(qiáng)保持不變時(shí)，光學(xué)表面的材料去除量Z(x，y)近似等于磨盤去除函數(shù)R(x，y)(單位時(shí)間內(nèi)的材料去除量)與加工區(qū)域內(nèi)駐留時(shí)間D(x，y)沿運(yùn)動(dòng)軌跡的二維卷積［2］:

式中，＊＊表示二維空間卷積［4］。

因此，針對(duì)非球面工件被加工表面上不同的材料去除量，磨盤與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡在加工中起著舉足輕重的作用［5-7］。

為解決離軸非球面無(wú)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的加工難題，研究一般旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面性質(zhì)［8］，盡管其表面上任何一點(diǎn)都是雙曲率的，即它的子午曲率和弧矢曲率不相等，且距中心位置不同的環(huán)帶區(qū)內(nèi)的曲率也各不相等，但以其母鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸為中心的同一環(huán)帶上的弧矢曲率及子午曲率卻是各自相等的。也就是說(shuō)，同一標(biāo)準(zhǔn)球面上以母鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸為中心的同一環(huán)帶具有相同的修磨量。利用這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)磨盤與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，有助于找到加工離軸非球面的科學(xué)高效的加工方法。雙擺動(dòng)加工方法依據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)離軸非球面加工工藝方案［9］:以工作臺(tái)擺動(dòng)軸為離軸非球面母軸，將成形后的被加工離軸非球面鏡按其離軸量的設(shè)計(jì)要求定位于數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，使其隨工作臺(tái)數(shù)控?cái)[動(dòng)，形成繞母軸(工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸)按加工所需要的角度往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。并使拋光盤沿工作臺(tái)徑向往復(fù)擺動(dòng)，工件得到利于加工的運(yùn)動(dòng)軸。

圖1 雙擺動(dòng)加工原理圖Fig.1 Manufacturing principle of the double-swing method(DSM)

為實(shí)現(xiàn)這種工藝方法，設(shè)計(jì)并成功改造了數(shù)控雙擺動(dòng)加工機(jī)床。該機(jī)床主要由精密數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和擺臂機(jī)構(gòu)組成，加工原理如圖1所示。精密轉(zhuǎn)臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)可繞軸O2進(jìn)行數(shù)控旋轉(zhuǎn)或往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，擺臂由四連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可繞擺軸O1往復(fù)擺動(dòng)。加工時(shí)將離軸非球面工件安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，使其中心與工作臺(tái)中心距離為非球面的離軸量b。并使其繞工作臺(tái)中心(母軸)按加工需求數(shù)控往復(fù)擺動(dòng)一定的角度，同時(shí)使拋光盤由擺臂帶動(dòng)沿工作臺(tái)徑向以較小的擺幅往復(fù)擺動(dòng)。通過(guò)對(duì)加工工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，如工作臺(tái)擺速、擺軸擺速及擺幅、拋光盤大小及形狀、壓力及駐留時(shí)間等的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件上的任何位置的修磨，包括對(duì)陡度極大的邊角處的修磨。從而加工出滿足要求的離軸非球面鏡。

綜上所述，雙擺法將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸變?yōu)閿[動(dòng)軸，使得離軸非球面的加工由原來(lái)的工件不動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)擺動(dòng)，既增大了工件與磨盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，提高了加工效率，又為加工工藝提供了更多種的選擇。

2.3 雙擺法應(yīng)用

非球面加工過(guò)程中出現(xiàn)的誤差類型主要分為球差、象散誤差、彗差及局部誤差等。雙擺法對(duì)這些誤差的修正都具有一定的優(yōu)勢(shì)。一般情況下，加工初期首先需要解決的是球差問(wèn)題。只有加工到面形精度剩余球差較小時(shí)其它象差才能顯現(xiàn)出來(lái)。球差在工件上表現(xiàn)為環(huán)帶誤差?，F(xiàn)代光學(xué)所需要的離軸非球面鏡通常都具有較大的相對(duì)口徑，因此初始加工時(shí)工件往往都存在著相當(dāng)大的環(huán)帶誤差。對(duì)于環(huán)帶誤差的修正，采用修帶法加工最為經(jīng)濟(jì)高效。雙擺法利用雙擺式加工機(jī)床，將工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸變?yōu)閿[動(dòng)軸，通過(guò)工作臺(tái)往復(fù)擺動(dòng)，可以對(duì)工件實(shí)現(xiàn)修帶法加工。運(yùn)動(dòng)模式為:工件隨工作臺(tái)往復(fù)擺動(dòng)的同時(shí)，磨盤在需要去除的環(huán)帶區(qū)域沿工件徑向小幅快速往復(fù)擺動(dòng)。如此按每個(gè)環(huán)帶象差大小逐一修磨，并循環(huán)往復(fù)，使得非球面面形快速收斂。

對(duì)于象散誤差、彗差及局部誤差的修正，過(guò)去比較普遍的加工方法一般是保持工件不動(dòng)，使磨盤在面形誤差的高點(diǎn)區(qū)域按去除量需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣僅靠磨盤運(yùn)動(dòng)的磨削加工去除效率較低，而采用雙擺法加工增加了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，可以根據(jù)所加工工件面形誤差情況，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)科學(xué)有效地控制工作臺(tái)往復(fù)擺動(dòng)的角度、速度及在某一位置的駐留時(shí)間等，再配合磨盤的調(diào)整和運(yùn)動(dòng)，制定更為高效合理的誤差修正方案。

磨盤在離軸非球面加工中起著重要的作用。由于雙擺法靠擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)磨盤與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不需要磨盤自轉(zhuǎn)，可根據(jù)工件修磨量大小修整磨盤區(qū)域分布狀態(tài)，改變磨盤與工件對(duì)應(yīng)位置的接觸面積，從而在加工中得到相應(yīng)的材料去除量。理論上，其他參數(shù)相同時(shí)，磨盤與工件表面的接觸面積越大，單位時(shí)間內(nèi)的材料去除量就越大。利用這一點(diǎn)雙擺法可解決矩形離軸非球面鏡遠(yuǎn)離其母軸軸心的外側(cè)兩邊角區(qū)域的加工難題。例如，本文所加工的矩形離軸非球面鏡，按所確定的起始球面成形后，初始加工時(shí)最大修磨量位置有3處，一處位于臨近母軸方向的直邊上的中心，另外兩處即為前述的兩個(gè)邊角。該3處各自獨(dú)立。而位于0.7環(huán)帶附近處修磨量最小甚至為零。修磨量變化趨勢(shì)為從近軸直邊中心至0.7帶漸小，從0.7帶至遠(yuǎn)軸兩邊角急劇增大。磨盤設(shè)計(jì)時(shí)，采用大小與工件尺寸相近的磨盤，根據(jù)此工件修磨量的趨勢(shì)對(duì)磨盤進(jìn)行修整，使加工時(shí)磨盤與上述3個(gè)修磨量大的區(qū)域接觸面積較大，產(chǎn)生較大的去除量，與0.7帶附近修磨量小的區(qū)域接觸面積較小，形成少磨或不磨的效果。另一方面，根據(jù)普林斯頓假設(shè)建立的上述材料去除量的數(shù)學(xué)模型可知，因工作臺(tái)擺動(dòng)時(shí)從中心至邊緣線速度增大，加工中在工件的遠(yuǎn)軸兩邊角區(qū)域?qū)a(chǎn)生較大的去除量。從而解決了矩形離軸非球面鏡加工中遠(yuǎn)離其母軸軸心的外側(cè)兩邊角區(qū)域的加工難題。同理，上述方法也同樣適用于其它區(qū)域的誤差修改。

除此以外，磨盤的形狀、大小等均對(duì)離軸非球面加工有著較大的影響。一般情況下，初始加工時(shí)因需要的去除量較大，應(yīng)選用較大磨盤增大研磨面積以提高加工效率，加工中期低頻形狀誤差較為突出，應(yīng)選用較小磨盤使被加工表面快速收斂，加工后期局部誤差及中高頻誤差占主要方面，則采用大小磨盤相結(jié)合的加工方式。因?yàn)檩^小直徑的磨盤能夠更好地修正局部誤差，使表面形狀精度在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，但是它產(chǎn)生的表面波紋度比較明顯，而較大直徑的磨盤具有很好的平滑作用，可以有效地去除表面中高頻殘差。應(yīng)用大小盤結(jié)合的方法既提高加工效率又利于得到較為平滑的表面面形。

磨盤與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系在加工過(guò)程中的作用舉足輕重。理論分析及實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)擺桿在工件上的擺動(dòng)軌跡為徑向(指向工件母軸)時(shí)磨削效率較高，而且有利于去除中頻誤差，通過(guò)對(duì)雙擺動(dòng)加工相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析得出［10］，工作臺(tái)擺速、擺軸擺速及擺幅、夾角α值決定二者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡。其中，擺軸擺速與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速之比、擺臂與磨盤在工作臺(tái)位置徑向的夾角α決定了磨盤與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑軌跡趨勢(shì)，擺軸擺幅決定了對(duì)工件的加工區(qū)域范圍。進(jìn)一步的分析研究表示，擺軸擺速與工作臺(tái)擺速之比相同時(shí)，擺臂與磨盤在工作臺(tái)位置的徑向夾角α為π/2時(shí)，磨盤與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡近似位于工件徑向。所以，加工過(guò)程中應(yīng)使擺臂與磨盤在工作臺(tái)位置徑向的夾角α為π/2左右。

類似地，設(shè)擺臂與磨盤在工作臺(tái)位置徑向的夾角α=π/2。分析得出擺軸擺速與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速之比小于1時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡近似位于工件切向;擺軸擺速與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速之比大于1時(shí)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡近似位于工件徑向。加工過(guò)程中應(yīng)使擺軸擺速與工作臺(tái)轉(zhuǎn)速之比大于1，即磨盤擺速大于工件轉(zhuǎn)速。應(yīng)該注意的問(wèn)題是，轉(zhuǎn)速比不能為整數(shù)，為整數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相同的運(yùn)動(dòng)軌跡周期，使得工件的去除量不均勻，難以得到高精度的表面面形。

3 加工中的檢測(cè)

檢測(cè)是加工中的重要環(huán)節(jié)之一。加工過(guò)程需要檢測(cè)數(shù)據(jù)指明加工方向。在該矩形非球面加工中，在研磨階段采用面形輪廓測(cè)量技術(shù)，待面形誤差達(dá)到0.002 mm(RMS)左右時(shí)，加工進(jìn)入到拋光階段。在拋光階段采用零位補(bǔ)償法作為檢驗(yàn)手段。

補(bǔ)償法是通過(guò)光學(xué)補(bǔ)償器將理想平面波或球面波轉(zhuǎn)換為垂直于被測(cè)非球面法線的非球面波，使補(bǔ)償器出射波前與被測(cè)非球面反射波前共路，構(gòu)成自準(zhǔn)直檢測(cè)光路實(shí)現(xiàn)對(duì)非球面的高精度檢測(cè)［11］。圖2為離軸非球面鏡補(bǔ)償檢測(cè)示意圖。

圖2 離軸非球面鏡補(bǔ)償檢測(cè)Fig.2 Offner testing for off-axis asphere mirror

補(bǔ)償法檢測(cè)對(duì)檢驗(yàn)系統(tǒng)各單元的相對(duì)位置精度要求很高。首先，補(bǔ)償器本身的加工和裝配，各光學(xué)面的面形精度、元件中心厚度及間隔都必須滿足設(shè)計(jì)要求;再者，補(bǔ)償器與被測(cè)件間的相對(duì)位置必須正確。特別是檢測(cè)光路的光學(xué)間隔決定著被加工非球面的面形參數(shù)，如頂點(diǎn)曲率半徑、二次曲面系數(shù)及高次項(xiàng)系數(shù)。因此加工檢測(cè)時(shí)除使檢驗(yàn)系統(tǒng)各單元同心共路外，補(bǔ)償器與工件定位格外重要。補(bǔ)償器是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，調(diào)整好后即可保持不動(dòng)，因此以其為基準(zhǔn)，只需對(duì)工件進(jìn)行定位控制。作為空間物體，工件的位置有著6個(gè)自由度，包括沿z軸(光軸方向)平動(dòng)，沿x、y軸(垂直于z軸且與z軸兩兩正交)平動(dòng)，繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)及繞x、y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。采用4測(cè)桿法［12］對(duì)工件6個(gè)自由度進(jìn)行約束，以保證其在檢測(cè)光路中的相對(duì)位置正確。所謂4測(cè)桿法是通過(guò)4個(gè)長(zhǎng)度約束和2個(gè)高度約束實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的位置控制。圖3為該方法示意圖。檢測(cè)光路中，補(bǔ)償器和工件的光學(xué)間隔可以轉(zhuǎn)換為兩者的間距來(lái)控制。在兩者表面上各確定上下左右4個(gè)點(diǎn)并一一對(duì)應(yīng)，則兩者間該4個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)距離可以精確計(jì)算得到。制作4根長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)于上述距離的高精度測(cè)桿，配合使用高度尺，可以定位工件位置。光路調(diào)整時(shí)首先利用高度尺將矩形離軸非球面工件中心調(diào)至與補(bǔ)償鏡中心等高，并使矩形的上下兩邊保持水平(等高)，從而約束工件的y軸平移和z軸偏轉(zhuǎn);上下2根測(cè)桿約束x軸偏轉(zhuǎn)和z軸平動(dòng);左右2根測(cè)桿約束x軸平移和y軸偏轉(zhuǎn)。從而工件的6個(gè)自由度被約束，位置被確定。誤差分析表明采用該方法所確定的工件位置滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 4測(cè)桿法Fig.3 4-pole method

面形的光學(xué)檢驗(yàn)采用刀口儀與干涉儀相結(jié)合的手段。刀口儀主要用于工件拋光加工初期的面形修改，它的測(cè)量靈敏度范圍較廣(星點(diǎn)大小可調(diào))，細(xì)磨完成后工件的面形精度已進(jìn)入其測(cè)量域。拋光初期工件面形誤差主要表現(xiàn)為球差，用刀口儀檢驗(yàn)更為直觀、便捷。干涉儀主要用于拋光中、后期的面形修改。拋光中、后期工件面形誤差主要表現(xiàn)為象散和局部誤差。用干涉儀檢測(cè)可直接測(cè)出實(shí)際面形誤差狀況和數(shù)值。在拋光加工的檢測(cè)過(guò)程中始終采用4測(cè)桿法定位，以保證加工出的面形參數(shù)正確。

4 加工實(shí)例

應(yīng)用雙擺動(dòng)加工法進(jìn)行了某高分辨成像光譜儀共4塊矩形離軸非球面反射鏡加工，最終全部達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。以其中的主鏡為例(如圖4)，主鏡尺寸為266 mm×118 mm，非球面設(shè)計(jì)指標(biāo)為:二次項(xiàng)系數(shù)k為 －0.745，離軸量為65 mm，面形精度要求為λ/50(RMS，@633 nm)。該鏡與比較球面偏離量為0.069 mm。設(shè)計(jì)加工流程如下(見圖5)。

圖4 離軸非球面鏡Fig.4 Off-axis aspheric mirror

圖5 加工流程圖Fig.5 Manufacture process

首先按圖紙外形尺寸要求及計(jì)算得到的比較球面半徑銑磨成形。該反射鏡的成形和最接近球面加工為常規(guī)工藝，在此不再贅述。因該非球面偏離量較大，細(xì)磨階段就需要進(jìn)行非球面修改。應(yīng)用雙擺動(dòng)機(jī)床采用上述方法進(jìn)行細(xì)磨加工，提高了加工效率，面形收斂很快。該階段面形檢驗(yàn)采用輪廓儀。待面形誤差達(dá)到0.002 mm(RMS)左右時(shí)，加工進(jìn)入到拋光階段。初拋光階段被加工工件表面誤差主要為球差，在雙擺動(dòng)機(jī)床上以雙擺動(dòng)技術(shù)進(jìn)行修帶拋光，光學(xué)檢驗(yàn)采用刀口儀，配合使用有限共軛距補(bǔ)償器，并在檢測(cè)光路調(diào)整中開始引入4測(cè)桿法，目的是控制面形參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。初拋光加工至面形精度達(dá)到0.2λ(RMS，@633 nm)左右時(shí)，進(jìn)入精拋光階段。精拋光加工過(guò)程中被加工工件表面主要誤差是局部誤差及中高頻誤差，則采用雙擺法和手修相結(jié)合、大小拋光盤相結(jié)合的加工方式。光學(xué)檢驗(yàn)采用干涉儀，配合使用無(wú)限共軛距補(bǔ)償器，并在檢測(cè)過(guò)程中繼續(xù)采用4測(cè)桿法定位，以保證面形加工中面形參數(shù)正確。該鏡最終加工完成后得到的結(jié)果面形精度為0.016λ，優(yōu)于λ/50(RMS，@633 nm)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。圖6為面形檢測(cè)結(jié)果。

圖6 面形檢測(cè)結(jié)果Fig.6 Surface error testing result

5 結(jié)論

綜合上面的分析及實(shí)際加工結(jié)果，在矩形離軸非球面加工中采用經(jīng)典法與現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的雙擺動(dòng)方法，較好地解決了矩形離軸非球面加工的技術(shù)難點(diǎn)，特別是遠(yuǎn)軸兩角區(qū)域的加工難題，而且操作簡(jiǎn)單、成本低廉、去除效率較高、易于抑制表面中高頻誤差的產(chǎn)生得到較好的表面精度。該方法適合于尺寸不是很大的離軸非球面的加工。將該方法應(yīng)用于口徑為266 mm×110 mm矩形離軸非球面等元件的光學(xué)加工及檢測(cè)，頂點(diǎn)曲率半徑、二次曲面系數(shù)、離軸量等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)要求，面形精度優(yōu)于 λ/50(RMS，@633 nm)，且中頻誤差良好。該技術(shù)研究以及進(jìn)一步開發(fā)利用對(duì)離軸非球面加工具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 丁蛟騰，許亮，馬臻，等.矩形口徑離軸非球面鏡的加工與檢測(cè)［J］.光學(xué)技術(shù)，2012，38(5):607-610.

DING J T，XU L，MA ZH.Manufacture and test of rectangle aperture off-axis aspheric mirror［J］.Optical Technique，2012，38(5):607-610.(in Chinese)

［2］ 廖文林，戴一帆，周林，等.離子束拋光加工矩形離軸非球面鏡［J］.國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(1):100-104.

LIAO W L，DAI Y F，ZHOU L，et al..Ion beam figuring for rectangular off-axis aspheric mirrors［J］.J.National University of Defense Technology，2011，33(1):100-104.(in Chinese)

［3］ ROBERT A J.Fabrication using the computer controlled polisher［J］.Applied Optics，1978，17(12):1889-1891.

［4］ BOGDANOV A P.Automation of planning of technological process for machining high-precision optical components［J］.Sov.J.Opt.Technol，1984，51(9):539-541.

［5］ 鄧偉杰，鄭立功，史亞莉，等.離軸非球面拋光路徑的自適應(yīng)規(guī)劃［J］.光學(xué) 精密工程，2009，17(1):65-71.

DENG W J，ZHENG L G，SHI Y L，et al..Adaptive programming algorithm for generating polishing tool-path in computer controlled optical surfacing［J］.Opt.Precision Eng.，2009，17(1):65-71.(in Chinese)

［6］ 鄭立功，張學(xué)軍，張峰.矩形離軸非球面的數(shù)控加工［J］.光學(xué) 精密工程，2004，12(1):113-117.

ZHENG L G，ZHANG X J，ZHANG F.NC surfacing of two off-axis aspheric mirrors［J］.Opt.Precision Eng.，2004，12(1):113-117.(in Chinese)

［7］ SONG C，DAVID W，YU G Y.Misfit of rigid tools and interferometer subapertures on off-axis aspheric mirror segments［J］.Optics Engineering，2011，50(7):073401.

［8］ 潘君驊.光學(xué)非球面的設(shè)計(jì)、加工與檢驗(yàn)［M］.北京:科學(xué)出版社，1991:142-158.

PAN J H.The Design，Manufacture and Test of Aspherical Optical Surfaces［M］.Beijing:Science Press，1991:168-179.(in Chinese)

［9］ WANG P，LI J F，XUAN B，et al..Double-swing method used for polishing off-axis aspherical mirrors［J］.SPIE，2009，7282:728203.

［10］ 李俊峰，宋淑梅.應(yīng)用雙擺動(dòng)技術(shù)加工離軸碳化硅反射鏡［J］.光學(xué) 精密工程，2012，20(8):1671-1675.

LI J F，SONG SH M.Applying the double-swing method for manufacturing the SiC off-axis aspheric mirror［J］.Opt.Precision Eng.，2012，20(8):1671-1675.(in Chinese)

［11］ MALACARA D.Optical Shop Testing［M］.Hoboken:John Wiley＆ Sons Inc.，1978:444-454.

［12］ XUAN B，CHENG X P，WANG P，et al..Alignment of off-axis asphere and compensator with four poles［J］.SPIE，2009，7283:72830A.