CN113752097A - 一种光学元件离子束抛光加工*** - Google Patents

一种光学元件离子束抛光加工*** Download PDF

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杨兴
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王洪艳
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Abstract

本发明公开了一种光学元件离子束抛光加工***，解决现有三轴运动或五轴运动平台抛光设备操作复杂、制造昂贵的技术问题。本发明包括支撑底座，设于支撑底座上用于提供真空环境的真空室，设于真空室内的工作平台，分别设于工作平台上的支撑板和机器人底座，设于支撑板上用于夹取待抛光光学工件的光学工件夹具单元，设于机器人底座上的六轴关节机器人，以及设于六轴关节机器人末端关节为待抛光光学工件提供离子束的离子源。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，采用了六轴关节机器人为运动平台，可灵活用于各种类型光学元件表面的加工，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上，具有广泛的普适性。

Description

一种光学元件离子束抛光加工***
技术领域
本发明属于离子束抛光设备技术领域，具体涉及一种光学元件离子束抛光加工***。
背景技术
等离子也称为物质的第四态，是一种电磁气态放电现象，使气态粒子部分电离，这种被电离的气体包括原子、分子、原子团、离子和电子。等离子在高温高压下，电子会脱离原子核而跑出来，原子核就形成了一个带正电的离子，当这些离子达到一定数量的时候可以成为等离子态，等离子态能量很大，当这些等离子和要抛光的物体摩擦时，顷刻间会使物体达到表面光亮的效果。
离子束抛光技术是利用离子溅射原理，通过在真空状态下离子源引束产生等离子体能量束流，束流轰击工件表面产生原子级别的材料去除从而实现光学元件的高精度加工。传统离子束抛光设备多采用直线运动单元来构成三轴运动平台或采用五轴联动运动平台对离子源的运动及姿态进行实时控制，然而传统五轴运动平台较为复杂，其制造成本昂贵，且安装调试复杂且较不方便。
因此，本发明提供了一种光学元件离子束抛光加工***，便于简化安装调试和灵活变化抛光角度，达到更具高性价比和更普适性的抛光***，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种光学元件离子束抛光加工***，解决现有采用三轴运动或五轴运动平台抛光设备操作复杂、制造昂贵的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光学元件离子束抛光加工***包括支撑底座，设于支撑底座上用于提供真空环境的真空室，设于真空室内的工作平台，分别设于工作平台上的支撑板和机器人底座，设于支撑板上用于夹取待抛光光学工件的光学工件夹具单元，设于机器人底座上的六轴关节机器人，以及设于六轴关节机器人末端关节为待抛光光学工件提供离子束的离子源。
进一步地，光学工件夹具单元包括竖直固定于支撑板上的卡盘和若干个均布设于卡盘上用于夹持待抛光光学工件的夹具。
进一步地，卡盘上设有若干个螺纹孔，支撑板上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘与支撑板之间通过螺栓连接。
进一步地，夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°。
进一步地，夹具包括螺纹杆和套装于螺纹杆上的夹块，卡盘上开设有用于螺纹杆和夹块安装的嵌装槽，嵌装槽与夹具一一对应。
进一步地，六轴关节机器人末端关节设有连接法兰，离子源与连接法兰可拆卸连接。
进一步地，离子源为离子枪。
进一步地，真空室设有可开闭的真空室门。
进一步地，真空室门上设有便于观察内部抛光操作的观察窗。
进一步地，支撑底座底部设有若干个用于调平及增强承压稳定性的垫铁。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解决现有了三轴运动或五轴运动平台抛光设备操作复杂、制造昂贵的技术问题，采用了六轴关节机器人为运动平台，可灵活用于各种类型光学元件表面的加工，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上，具有广泛的普适性。
本发明包括支撑底座、真空室、工作平台、支撑板、机器人底座、光学工件夹具单元、六轴关节机器人和离子源，其中除支撑底座外，其它结构均处于真空室内部，真空室为抛光提供所必要的真空条件。使用时，将待抛光光学工件固定夹持于光学工件夹具单元上，然后启动离子源，此时操控六轴关节机器人的关节运动，对离子源的运动及姿态进行实时控制，实现离子源发射的离子束在光学表面任一位置的照射并保持恒定的材料去除率。
本发明可加工各种类型的光学元件表面，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上，具有广泛的普适性；设备组成灵活，工业机器人供货便捷，具有高性价比；安装调试方便，使用可靠性较高。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明外观图。
图3为光学工件夹具单元放大图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-支撑板，2-光学工件夹具单元，3-待抛光光学工件，4-离子源，5-连接法兰，6-六轴机器人，7-真空室，8-机器人底座，9-工作平台，10-观察窗，11-真空室门，12-支撑底座，13-垫铁，14-夹块，15-卡盘，16-螺纹杆，17-嵌装槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，本发明提供的一种光学元件离子束抛光加工***结构简单、设计科学合理，使用方便，解决现有了三轴运动或五轴运动平台抛光设备操作复杂、制造昂贵的技术问题，采用了六轴关节机器人为运动平台，可灵活用于各种类型光学元件表面的加工，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上，具有广泛的普适性。
本发明包括支撑底座12，设于支撑底座12上用于提供真空环境的真空室7，设于真空室7内的工作平台9，分别设于工作平台9上的支撑板1和机器人底座8，设于支撑板1上用于夹取待抛光光学工件3的光学工件夹具单元2，设于机器人底座8上的六轴关节机器人6，以及设于六轴关节机器人6末端关节为待抛光光学工件3提供离子束的离子源4。上述除支撑底座12外，其它结构均处于真空室7内部，真空室7可产生真空的密闭空间，为抛光提供所必要的条件。使用时，将待抛光光学工件3固定夹持于光学工件夹具单元2上，然后启动离子源4，使其发出的离子束在真空下形成等离子体能量束流，并不断束流轰击与之相对的待抛光光学工件3表面；在抛光过程中，可操控六轴关节机器人6的关节运动，来对离子源4的运动及姿态进行实时控制，实现离子源4发射的离子束在光学表面任一位置的照射并保持恒定的材料去除率。
本发明光学工件夹具单元2包括竖直固定于支撑板1上的卡盘15和若干个均布设于卡盘15上用于夹持待抛光光学工件3的夹具；卡盘15上设有若干个螺纹孔，支撑板1上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘15与支撑板1之间通过螺栓连接，上述螺栓的可拆卸连接便于光学工件夹具单元2的更换以及装置的搬运。
本发明夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°；夹具包括螺纹杆16和套装于螺纹杆16上的夹块14，卡盘15上开设有用于螺纹杆16和夹块14安装的嵌装槽17，嵌装槽17与夹具一一对应。使用时，将待抛光光学工件3放置于三个夹块14内的卡盘15上，分别转动各个螺纹杆16的端部，带动螺纹杆16上的夹块14相对运动，直至三个夹块14紧密将待抛光光学工件3夹紧不松动掉落，上述夹具足以发挥稳定作用，也可根据实际增加夹具数量。所述螺纹杆16不仅便于使用人对夹块14的移动调节，同时还能对夹块14锁紧。
本发明六轴关节机器人6末端关节设有连接法兰5，离子源4与连接法兰5可拆卸连接，便于离子源4的更换与***的搬运，离子源4采用离子枪。本发明离子源4的运动及姿态采用六轴关节机器人6进行控制，六轴关节机器人6有6个自由度，通常包含旋转S轴，下臂L轴、上臂U轴、手腕旋转R轴、手腕摆动B轴和手腕回转T轴，6个关节合成实现末端的6个自由度动作。六轴关节机器人6相较于传统的三轴运动平台，具有更强的离子束空间操作性，而相较于传统的五轴运动平台，则极大提高了灵活性和普适性，可加工各种类型的光学元件表面，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上。六轴关节机器人6可直接从市场上购买并使用，其设备组成灵活，安装供货便捷，具有极高的性价比；同时其调试方便，使用可靠性和稳定性较高。
本发明真空室7设有可开闭的真空室门11，用于内部各结构的拆装以及抛光工件的放置与取出。真空室门11上设有观察窗10，便于外部人员对真空室7内抛光过程的观察，观察窗10优选高强度和耐高温的玻璃材料制成。
本发明支撑底座12底部设有若干个垫铁13，一方面用于调节和平衡支撑底座12，另一方面用于增强支撑底座12的承压稳定性。
本发明所用六轴机器人6和离子枪均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于六轴机器人6和离子***构、电路、以及控制原理在此不赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：包括支撑底座(12)，设于支撑底座(12)上用于提供真空环境的真空室(7)，设于真空室(7)内的工作平台(9)，分别设于工作平台(9)上的支撑板(1)和机器人底座(8)，设于支撑板(1)上用于夹取待抛光光学工件(3)的光学工件夹具单元(2)，设于机器人底座(8)上的六轴关节机器人(6)，以及设于六轴关节机器人(6)末端关节为待抛光光学工件(3)提供离子束的离子源(4)。
2.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：光学工件夹具单元(2)包括竖直固定于支撑板(1)上的卡盘(15)和若干个均布设于卡盘(15)上用于夹持待抛光光学工件(3)的夹具。
3.根据权利要求2所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：卡盘(15)上设有若干个螺纹孔，支撑板(1)上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘(15)与支撑板(1)之间通过螺栓连接。
4.根据权利要求2所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°。
5.根据权利要求4所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：夹具包括螺纹杆(16)和套装于螺纹杆(16)上的夹块(14)，卡盘(15)上开设有用于螺纹杆(16)和夹块(14)安装的嵌装槽(17)，嵌装槽(17)与夹具一一对应。
6.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：六轴关节机器人(6)末端关节设有连接法兰(5)，离子源(4)与连接法兰(5)可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：离子源(4)为离子枪。
8.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：真空室(7)设有可开闭的真空室门(11)。
9.根据权利要求8所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：真空室门(11)上设有便于观察内部抛光操作的观察窗(10)。
10.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工***，其特征在于：支撑底座(12)底部设有若干个用于调平及增强承压稳定性的垫铁(13)。
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