專利名稱：參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光夾具裝置，尤其是涉及一種參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置。
背景技術(shù)：
目前，如何使高精度大口徑光學(xué)元件特別是大口徑平面元件實(shí)現(xiàn)高效批量化加工，是擺在光學(xué)制造領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。大口徑平面光學(xué)元件在經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨或者精密磨削階段后，要求經(jīng)過(guò)拋光，以提高元件表面面型精度、降低表面粗糙度和亞表面缺陷。 目前，光學(xué)元件拋光技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是對(duì)于大口徑平面光學(xué)元件， 特別是尺寸不小于430mmX430mm的大口徑平面光學(xué)元件來(lái)說(shuō)進(jìn)展不大，傳統(tǒng)環(huán)形拋光加工大口徑平面光學(xué)元件，元件和拋光墊接觸區(qū)壓強(qiáng)的不可控性和不確定性嚴(yán)重制約了元件的加工質(zhì)量和加工效率。(參見文獻(xiàn)1、朱海波，“大口徑平面元件的數(shù)控拋光技術(shù)研究，” [D]·工學(xué)碩士學(xué)位論文，四川大學(xué)，2005 ;2、J. Luo and D. A. Dornfeld, "Material removal mechanism in chemical mechanical polishing :theory and modeling, " [J]. IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing,Vol. 14,No,2,pp. 112-123,2001)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)環(huán)形拋光加工大口徑平面光學(xué)元件，元件和拋光墊接觸區(qū)壓強(qiáng)的不可控性和不確定性、加工效率低等缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用的參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置。本發(fā)明設(shè)有質(zhì)量塊、夾具平板、上液壓活塞裝置、下液壓活塞裝置、液壓輸油與回油裝置、壓力傳感器、伺服放大器和工控機(jī)；質(zhì)量塊套入夾具平板上表面中心軸，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置通過(guò)隔離板隔開，上液壓活塞裝置通過(guò)吸附基膜吸附在夾具平板下表面，下液壓活塞裝置通過(guò)吸附基膜吸附在工件上表面，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置均設(shè)有液壓缸、液壓油、活塞、推桿、密封圈、彈簧、輸油孔和回油孔，推桿下端通過(guò)彈簧與活塞相連，推桿上端連結(jié)吸附基模的基體，輸油孔和回油孔與液壓輸油與回油裝置的輸油孔和回油孔連接，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置的輸油孔用于液壓油的輸入，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置的回油孔用于液壓油的回流；液壓輸油與回油裝置提供雙向液壓活塞裝置的輸油與回油；通過(guò)調(diào)整液壓輸油與回油裝置的油壓，將液壓油輸入到上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置，在上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置中，液壓油的液壓變化推動(dòng)活塞移動(dòng)，彈簧伸縮，調(diào)整施加在元件表面上的壓強(qiáng)；傳感器埋入拋光墊內(nèi)，傳感器壓力信號(hào)通過(guò)伺服放大器后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。所述吸附基模由基體和薄膜組成。本發(fā)明具有以下突出特點(diǎn)1.變不可控的影響因素為可控。本發(fā)明克服了環(huán)形拋光加工大口徑平面光學(xué)元件壓強(qiáng)不可控的缺點(diǎn)，通過(guò)雙向液壓活塞裝置液壓油產(chǎn)生的液壓推動(dòng)活塞、推桿、彈簧，可以
3在元件上不同部位施加不同的壓強(qiáng)參數(shù)。根據(jù)I^reston公式MRR = kXpXv，其中MRR為元件材料去除率，ρ為元件上某點(diǎn)的壓強(qiáng)，ν為元件相對(duì)拋光盤的速度。當(dāng)光學(xué)元件精磨結(jié)束之后，元件表面高低不平。進(jìn)入拋光階段，可在元件表面高的地方施加大的壓強(qiáng)，在元件表面低的地方施加小的壓強(qiáng)，這樣就可以拋光加工出面型很好的元件。2.材料去除率高。本發(fā)明克服了環(huán)形拋光加工大口徑平面光學(xué)元件效率低的缺點(diǎn)，采用增加外部施加壓強(qiáng)的方法調(diào)高材料去除率。根據(jù)I^eston公式MRR = kXpXv，其中MRR為元件材料去除率，ρ為元件上某點(diǎn)的壓強(qiáng)，ν為元件相對(duì)拋光盤的速度。只要外界在元件表面總體上施加的壓強(qiáng)參數(shù)大，材料去除率也就大。因此可以通過(guò)增加質(zhì)量塊的方法增加外界施加壓強(qiáng)。3.控制的范圍大而且細(xì)。本發(fā)明中的雙向液壓活塞裝置可選擇性安裝，可以元件表面面型的加工需要在不同位置安裝雙向液壓活塞裝置。而且雙向液壓活塞裝置的吸附薄膜可更換，可根據(jù)加工需要和吸附在元件上的面積需要更換吸附薄膜的尺寸。4.拋光精度高。本發(fā)明設(shè)計(jì)的夾具并不改變拋光區(qū)域的柔性拋光性質(zhì)，在拋光過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生亞表面破壞層，并可獲得納米級(jí)的表面粗糙度。 5.加工穩(wěn)定性高。本發(fā)明采用液壓控制系統(tǒng)，可平衡夾具平板和質(zhì)量塊的重力，保證了加工中的動(dòng)態(tài)平衡，并可在元件不同部位施加不同的壓強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的液壓輸油與回油裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。參見圖1，圖1中拋光墊8和拋光盤9是對(duì)稱的，只畫出左邊部分，未全部畫出，省略了一部分。質(zhì)量塊1可根據(jù)加工需要由夾具平板2上表面中心軸套入。傳感器7埋入拋光墊8內(nèi)，壓力信號(hào)通過(guò)伺服放大器后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。根據(jù)采集到的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，同設(shè)計(jì)初始上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置施加在元件表面上各個(gè)部分的壓強(qiáng)做比較，通過(guò)液壓輸油與回油裝置調(diào)整液壓，改變施加在元件表面上各個(gè)部分的壓強(qiáng)參數(shù)。參見圖1和2，上液壓活塞裝置4和下液壓活塞裝置設(shè)有上下兩個(gè)獨(dú)立的液壓活塞裝置，通過(guò)隔離板18隔開。上液壓活塞裝置4由液壓缸15、密封圈14、活塞17、推桿13、彈簧16、吸附基模3 (由基體12和薄膜11組成)、輸油與回油孔19組成。上液壓活塞裝置4 通過(guò)吸附基模3的薄膜11吸附在夾具平板2下表面?；钊?7和推桿13通過(guò)強(qiáng)力彈簧16 連結(jié)在一起，推桿13底端連結(jié)強(qiáng)力彈簧16，推桿13上端連結(jié)吸附基膜的基體12。下液壓活塞裝置以相同的結(jié)構(gòu)通過(guò)吸附基膜5吸附在元件6上表面。元件6下表面在拋光墊8表面拋光，拋光墊8用強(qiáng)力膠粘結(jié)在拋光盤9表面。輸油孔19用于液壓油的輸入/回流。通過(guò)調(diào)整液壓輸油與回油裝置的油壓，將液壓油輸入到雙向液壓裝置。在雙向液壓裝置中，液壓油的液壓變化推動(dòng)活塞17移動(dòng)，強(qiáng)力彈簧16伸縮，調(diào)整施加在元件表面上的壓強(qiáng)。吸附基模3和吸附基模5上分別有兩個(gè)入氣通孔10，當(dāng)加工結(jié)束后，入氣通孔10入氣，可以使吸附基模5脫離元件6上表面，吸附基模3脫離夾具平板2下表面。圖3給出本發(fā)明實(shí)施例的液壓輸油與回油裝置A的結(jié)構(gòu)組成示意圖，可根據(jù)需要安裝不同個(gè)數(shù)的雙向液壓活塞裝置，必須以元件中心成對(duì)稱分布，從而實(shí)現(xiàn)空間力和力矩的平衡。壓力信號(hào)通過(guò)伺服放大器后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。根據(jù)采集到的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，同設(shè)計(jì)初始雙向液壓活塞裝置施加在元件表面上各個(gè)部分的壓強(qiáng)做比較，通過(guò)液壓輸油與回油裝置調(diào)整液壓，改變施加在元件表面上各個(gè)部分的壓強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置，其特征在于設(shè)有質(zhì)量塊、夾具平板、 上液壓活塞裝置、下液壓活塞裝置、液壓輸油與回油裝置、壓力傳感器、伺服放大器和工控機(jī)；質(zhì)量塊套入夾具平板上表面中心軸，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置通過(guò)隔離板隔開，上液壓活塞裝置通過(guò)吸附基膜吸附在夾具平板下表面，下液壓活塞裝置通過(guò)吸附基膜吸附在工件上表面，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置均設(shè)有液壓缸、液壓油、活塞、推桿、 密封圈、彈簧、輸油孔和回油孔，推桿下端通過(guò)彈簧與活塞相連，推桿上端連結(jié)吸附基模的基體，輸油孔和回油孔與液壓輸油與回油裝置的輸油孔和回油孔連接，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置的輸油孔用于液壓油的輸入，上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置的回油孔用于液壓油的回流；液壓輸油與回油裝置提供雙向液壓活塞裝置的輸油與回油；通過(guò)調(diào)整液壓輸油與回油裝置的油壓，將液壓油輸入到上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置，在上液壓活塞裝置和下液壓活塞裝置中，液壓油的液壓變化推動(dòng)活塞移動(dòng)，彈簧伸縮，調(diào)整施加在元件表面上的壓強(qiáng)；傳感器埋入拋光墊內(nèi)，傳感器壓力信號(hào)通過(guò)伺服放大器后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。
2.如權(quán)利要求1所述的參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置，其特征在于所述吸附基模由基體和薄膜組成。
全文摘要
參數(shù)可調(diào)式大口徑平面光學(xué)元件拋光夾具裝置，涉及一種拋光夾具裝置。設(shè)有質(zhì)量塊、夾具平板、上下液壓活塞裝置、液壓輸油與回油裝置、壓力傳感器、伺服放大器和工控機(jī)；質(zhì)量塊套入夾具平板上表面中心軸，上下液壓活塞裝置通過(guò)隔離板隔開，上下液壓活塞裝置通過(guò)吸附基膜分別吸附在夾具平板下表面和工件上表面，上下液壓活塞裝置均設(shè)液壓缸、液壓油、活塞、推桿、密封圈、彈簧、輸油孔和回油孔，推桿下端通過(guò)彈簧與活塞相連，推桿上端連結(jié)吸附基模的基體，輸油孔和回油孔與液壓輸油與回油裝置的輸油孔和回油孔連接，傳感器埋入拋光墊內(nèi)，傳感器壓力信號(hào)輸出端經(jīng)伺服放大器后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用。
文檔編號(hào)B24B13/005GK102172867SQ201110038719
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者姜晨, 張世漢, 楊煒, 林靜, 郭隱彪 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)