[發(fā)明專利]大口徑光學(xué)零件的大氣等離子體加工方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310177080.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN103231297A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王波;金會(huì)良;姚英學(xué);李娜;車琳;辛強(qiáng);金江;李鐸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B13/00
• 分類號(hào): B24B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)CCOS?(Computer?Controlled?Optical?Surfacing)，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一項(xiàng)光學(xué)加工技術(shù)。CCOS技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步完善，大大推動(dòng)了光學(xué)零件制造技術(shù)的發(fā)展，特別是在大口徑、高精度非球面的拋光加工中降低了對(duì)操作者經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的要求，并提高了重復(fù)性。

目前，大口徑光學(xué)零件加工主要采用基于CCOS原理的拋光研磨頭或拋光頭的小工具拋光。拋光過程屬于接觸式加工，主要依靠微細(xì)磨粒的機(jī)械作用使加工材料發(fā)生塑性變形來實(shí)現(xiàn)去除加工，在小工具拋光頭和零件表面存在有一定的壓力，所以不可避免地在光學(xué)元件表面存在劃痕、位錯(cuò)、微裂紋、變質(zhì)層等表面和亞表面損傷現(xiàn)象，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用性能及壽命產(chǎn)生直接的影響。為了減小表面損傷層對(duì)光學(xué)零件的影響，機(jī)械拋光工藝對(duì)大口徑光學(xué)元件進(jìn)行多周期的微量去除，導(dǎo)致超精密拋光加工效率大大降低，其加工周期可能長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年。例如美國直徑為500mm的拋物面反射鏡，加工周期為3個(gè)月，直徑2.5m虎克望遠(yuǎn)鏡，加工周期為6年，帕洛瑪5m望遠(yuǎn)鏡先后花費(fèi)14年，傳統(tǒng)的機(jī)械拋光技術(shù)存在的低效率問題日益突出，已經(jīng)滿足不了光學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ罂趶焦鈱W(xué)元件的大批量需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大口徑光學(xué)零件的大氣等離子體加工方法，為了解決傳統(tǒng)的機(jī)械拋光技術(shù)存在的低加工效率而無法滿足光學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ罂趶焦鈱W(xué)元件的大批量需求的問題。

所述的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：所述的一種大口徑光學(xué)零件的大氣等離子體加工方法，它的步驟方法是：

步驟一：將大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極設(shè)置在密封罩內(nèi)，密封罩的下端有開口，使密封罩的內(nèi)腔通過氣管與混合等離子體氣源導(dǎo)氣連通，使大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極與射頻電源的輸出端連接作為大氣等離子體放電的陽極；?

步驟二：將密封罩的上端絕緣連接在龍門加工機(jī)床的豎直運(yùn)動(dòng)工作平臺(tái)上，將待加工光學(xué)零件裝卡在龍門加工機(jī)床的水平運(yùn)動(dòng)工作平臺(tái)上；將龍門加工機(jī)床的工作平臺(tái)與射頻電源相連并接地作為大氣等離子體放電的陰極；

步驟三：使大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極靠近待加工光學(xué)零件的待加工表面，并使它們之間保持一定的放電間隙，間隙范圍為：100μm～3mm；

步驟四：預(yù)熱射頻電源，預(yù)熱時(shí)間為5-10分鐘；然后打開混合等離子體氣源，混合等離子體氣源包含反應(yīng)氣體、等離子體激發(fā)氣體和輔助氣體，使等離子體激發(fā)氣體的流量為1升/分鐘~40升/分鐘，反應(yīng)氣體與等離子體激發(fā)氣體的流量比為1：10~1：1000；輔助氣體與反應(yīng)氣體的流量比為1：10~1：1；

步驟五：當(dāng)大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極和待加工光學(xué)零件的待加工表面之間的區(qū)域內(nèi)充滿等離子體激發(fā)氣體、反應(yīng)氣體與輔助氣體的混合氣體后，啟動(dòng)射頻電源，逐步增加射頻電源的功率，使功率達(dá)到200W~500W，同時(shí)控制射頻電源的反射功率為零，在射頻電源工作的過程中持續(xù)穩(wěn)定的通入混合氣體，使大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極和待加工光學(xué)零件的待加工表面之間的放電區(qū)域產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體放電；

步驟六：根據(jù)去除量的要求，控制大氣等離子旋轉(zhuǎn)電極的運(yùn)動(dòng)軌跡和在零件表面的駐留時(shí)間，用上述步驟產(chǎn)生的大氣等離子體對(duì)零件表面進(jìn)行加工；

步驟七：待加工完成后，關(guān)閉射頻電源的電源，關(guān)閉混合等離子體氣源，取出待加工光學(xué)零件，對(duì)加工去除深度進(jìn)行測量，以判斷是否達(dá)到加工要求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的大口徑光學(xué)零件大氣等離子體加工方法采用了旋轉(zhuǎn)電極與加工零件之間的放電間隙產(chǎn)生等離子體，是非接觸式化學(xué)加工方法，避免了機(jī)械加工中產(chǎn)生的損傷層；

2.?在本發(fā)明的大口徑光學(xué)零件大氣等離子體加工方法中，高速旋轉(zhuǎn)的電極使進(jìn)入電極和零件之間放電區(qū)域的反應(yīng)氣體大大增加，使電離出活性離子的濃度增強(qiáng)，大大提高大口徑光學(xué)零件的加工效率，縮短加工周期；

3.在本發(fā)明的大口徑光學(xué)零件大氣等離子體加工方法中，高速旋轉(zhuǎn)的電極有利于反應(yīng)產(chǎn)物及時(shí)脫離零件表面，提高表面質(zhì)量，同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的電極也降低了加工區(qū)域的溫度，具備冷卻作用；

4.在本發(fā)明的大口徑光學(xué)零件大氣等離子體加工方法中，屬于非接觸式的加工方法，在加工零件邊緣時(shí)去除函數(shù)也不會(huì)發(fā)生變化，不存在邊緣效應(yīng)問題，提高了加工精度和面形收斂速度；

5.本發(fā)明的大口徑光學(xué)零件大氣等離子體加工方法是在大氣環(huán)境下激發(fā)產(chǎn)生的等離子體，擺脫了真空等離子體加工對(duì)零件尺寸的限制，極大地降低了加工成本。

附圖說明