一种消除边缘效应的大口径非球面反射镜加工方法技术领域
本发明涉及一种边缘效应消除方法。
背景技术
随着空间光学遥感器向大视场、宽光谱、高分辨率方向发展，需要的非球面反射镜
口径也越来越大，加工难度也越来越高。尤其是当加工口径越来越大时，边缘效应也会随之
扩大并越来越明显。而目前尚无快速有效的方法解决大口径非球面反射镜边缘效应问题。
边缘效应的产生是由于去除函数在抛光中心去除率最大，而在边缘去除率最小，
因此会造成翘边的边缘效应。而在边缘，磨头会有一部分面积与反射镜脱离接触，造成在边
缘的压强与磨头和反射镜整个接触时的压强并不相同，也会造成理论计算和实际加工结果
并不相同的边缘效应。
目前普遍采用的消除边缘效应方法是用小磨头对边缘进行确定性加工。但这种方
法加工效率低，加工效果差。由于其在加工时有部分磨头会旋转出反射镜，这样会造成去除
函数不准确，因此很难达到确定性消除边缘效应的目的。同样由于其去除函数不准确，无法
精确消除边缘效应，因此常常需要循环反复进行加工，会造成加工时间延长，使得边缘效应
无法有效去除。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供了一种消除边缘效应
的大口径非球面反射镜加工方法，消除边缘效应，同时不影响大口径非球面反射镜的搬运、
加工和检验。
本发明所采用的技术方案是：一种消除边缘效应的大口径非球面反射镜加工方
法，包括步骤如下：
步骤一、制作与反射镜相同材料的外环，外环内圈半径与反射镜半径一致；将反射
镜粘贴在外环内圈，反射镜与外环共同组成镜坯；
步骤二、将步骤一中获得的镜坯吊运至三坐标测量机上进行检测，吊运过程中使
用的吊运工具伸入反射镜底部的托杆长度与镜坯连接缝隙至外环边缘的距离一致，吊运工
具的托盘与镜坯连接缝隙接触，保证反射镜与外环一同被吊运；
步骤三、对镜坯进行三点支撑，支撑点位置组成三角形，支撑平面位于镜坯的连接
缝隙处；使用三坐标测量机对镜坯平面进行检测，测量获得镜坯的表面形状；
步骤四、将步骤三中获得的镜坯表面形状与要求获得的理想反射镜表面形状进行
对比获得研磨加工量，使用行星轮对镜坯上表面进行研磨，研磨盘与镜坯表面形状吻合，使
得研磨后的镜坯的面形精度PV值≤2μm；
步骤五、对步骤四中获得的镜坯进行抛光，使得镜坯面形能够进入干涉仪量程，使
用干涉仪测量获得镜坯的干涉条纹，根据干涉条纹获得镜坯的表面形状；
步骤六、将步骤五中获得的镜坯表面形状与要求获得的理想反射镜表面形状进行
对比获得抛光加工量，采用行星轮对镜坯上表面进行抛光加工，抛光盘与镜坯表面吻合；
步骤七、分离反射镜和外环，获得消除边缘效应的反射镜。
所述外环内外圈半径差大于等于50mm，外环与反射镜的平面度达到1μm。
所述步骤三中，三坐标测量机各检测点之间的测量间距为2mm。
所述步骤五中，在干涉仪测量过程中，在干涉仪中设定镜坯的测量直径，使得镜坯
在设定的测量直径范围内都能获得干涉条纹。
所述步骤一中，使用松香石蜡粘贴外环和反射镜。
所述步骤七中，采用汽油对外环和反射镜的粘接部分进行软化。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明去除边缘效应效果好：由于是采用拼环方式，在留取足够的拼环后使其
边缘效应全部在拼环内，这样在加工完成之后直接将拼环去除，使得通光口径内完全没有
边缘效应，不会造成部分边缘效应去除而另外一部分边缘效应没有去除的情况；
(2)本发明去除边缘效应效率高：由于传统去除边缘效应方式是采用小磨头对边
缘进行确定性加工，但是由于其在加工时小磨头会部分旋转出反射镜边缘，这样会造成去
除函数不准确。因此会造成加工反复，使得加工时间延长，加工效率降低；
(3)本发明去除边缘效应不易对反射镜造成损伤：与另一种传统方法切边去除边
缘效应相比，不会造成反射镜损伤。由于传统切边去除边缘效应在控制进刀速度，进刀量方
面，需要掌握大量的实验数据，如果没有丰富的经验，将很难对切除边缘进行控制，容易造
成反射镜外边面损伤。而采取拼环去除边缘效应，由于其是拼环未与反射镜造成实际接触，
所以不会对反射镜造成损伤。
附图说明
图1为本发明加工反射镜示意图。
图2为本发明吊运反射镜示意图。
图3为本发明支撑反射镜示意图。
图4为本发明反射镜加外环的俯视图。
具体实施方式
边缘效应的产生是由于去除函数在抛光中心去除率最大，而在边缘去除率最小，
因此会造成翘边的边缘效应。如图1所示，而在边缘，磨头2会有一部分面积与反射镜1脱离
接触，造成在边缘的压强与磨头2和反射镜1整个接触时的压强并不相同，也会造成理论计
算和实际加工结果并不相同的边缘效应。
如图2～图4所示，一种消除边缘效应的大口径非球面反射镜加工方法，包括步骤
如下：
步骤一、制作反射镜1和外环3，外环3采用和反射镜1相同材料进行制作。外环3内
外圈半径差大于等于50mm，然后将外环3和反射镜1用松香石蜡粘合在一起，外环3与反射镜
1的平面度要达到1μm。反射镜1和外环3共同组成了镜坯；
步骤二、将反射镜1和外环3采用专用的吊运工具4进行吊运。在吊运反射镜时，需
要将吊运工具4与反射镜1接触部分既同反射镜1接触也同粘接的外环3接触，这样能够保证
外环3不沉降，使得吊运安全性大大增加，因此需要设计合适的吊运工具4。吊运工具4下部
伸入反射镜1底部的托杆的长度要同粘接缝与外环3边缘的距离保持大致一致，以确保吊运
工具4托盘能够将反射镜1和外环3部分一同吊运；
步骤三、将反射镜1和外环3共同吊运到三坐标测量机上进行检测。每一点之间的
测量间距为2mm，测量获得镜坯的表面形状。在用三坐标测量机进行检测时，需要对反射镜1
进行三点支撑5，其支撑5位置也要保证既支撑反射镜1本身，也支撑外环3部分，这样可防止
外环3部分沉降和变形对三坐标检测造成影响。具体支撑5示意图见图3。在对反射镜1和外
环3进行三坐标检测时，要注意对测量轨迹的选取。由于在对大口径非球面反射镜进行三坐
标检测时，探头走过的轨迹为直线并间隔相同距离，必然有一些点要接触到反射镜1粘接外
环3的缝隙部分，这时需将测量点的轨迹接触到缝隙的点进行人工调整，使其避开缝隙，才
能保证测量的精确度；
步骤四、将步骤三中获得的镜坯表面形状与要求获得的理想反射镜表面形状进行
对比获得研磨加工量，将反射镜1和外环3共同吊运到智能研磨机器人上进行研磨加工。加
工时的支撑也同样为三点支撑5，其支撑5位置也要保证既支撑反射镜1本身，也支撑外环3
部分，这样可防止外环3部分沉降和变形对研磨加工造成影响。在研磨加工时，采用行星轮
进行加工，研磨盘要和反射镜表面形状基本吻合，使得研磨后的镜坯的面形精度PV值≤2μ
m；
步骤五、在完成研磨加工后，要对反射镜进行快速抛光，使得其面形能够进入干涉
仪量程，使用干涉仪测量获得镜坯的干涉条纹，根据干涉条纹获得镜坯的表面形状。在进行
干涉仪测量时，要采用补偿器补偿大口径非球面反射镜的非球面度。在对镜坯进行干涉仪
检测时，由于此时经过研磨加工，必然已经产生了边缘效应，而由于边缘效应的影响，在镜
坯边缘进行干涉仪检测时，无法进入干涉仪量程，因此，会造成镜坯边缘的干涉图参差不
齐。这时就需要对能够检测到的镜坯范围进行一个设定，在干涉仪中设定镜坯的测量直径，
使得镜坯在设定的测量直径范围内都能获得干涉条纹，将外环3排除在外，而在加工时又需
将外环3的干涉图进行模拟，以便于加工。
步骤六、在干涉仪测量后，将步骤五中获得的镜坯表面形状与要求获得的理想反
射镜表面形状进行对比获得抛光加工量，进入抛光加工阶段。抛光加工时的支撑也同样为
三点支撑5，其支撑5位置也要保证既支撑反射镜1本身，也支撑外环3部分，这样可防止外环
3部分沉降和变形对抛光加工造成影响。在抛光加工时，采用行星轮进行加工，抛光盘要和
反射镜表面形状基本吻合；
步骤七、加工完成后，要将反射镜1和外环3进行分离，一般采用汽油将粘接部分进
行软化，然后将外环3取下，并及时进行清洗。即完成大口径非球面反射镜加工中边缘效应
的消除。
本发明的方法采用的边缘效应消除原理为：
由于以目前的大口径非球面反射镜加工技术会在镜坯边缘产生边缘效应，而边缘
效应往往会集中在边缘一定范围内。我们在边缘效应产生的范围内制作一外环，将其与镜
坯粘接到一起。在加工的时候，将镜坯和外环同时加工。在加工完成后，将产生边缘效应的
外环取下，剩下部分即为没有边缘效应的反射镜。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。