CN102744654B - 双真空室离子束抛光系统及抛光方法 - Google Patents

Abstract

一种双真空室离子束抛光系统，包括真空工作室，真空工作室旁设用于装卸工件的辅助真空室，真空工作室与辅助真空室间设用于控制二者通断的插板阀，真空工作室和辅助真空室内设有可在二者之间传送工件的工件传送装置。该系统可提高抛光效率、降低加工成本。一种抛光方法，S1）在真空工作室旁的辅助真空室内将工件安装在工件传送装置上，关闭辅助真空室，将辅助真空室抽气至真空，打开插板阀，通过工件传送装置将工件送到真空工作室并定位装夹，工件传送装置退回辅助真空室，关闭插板阀；S2）离子束抛光加工；S3）打开插板阀，工件传送装置进入真空工作室卸下工件、并带回辅助真空室，关闭插板阀，辅助真空室充气至大气压，打开辅助真空室取出工件。

Description

双真空室离子束抛光系统及抛光方法

技术领域

本发明涉及离子束抛光技术，尤其涉及双真空室离子束抛光系统及抛光方法。

背景技术

离子束抛光是高精度光学元件确定性加工的一种新技术，它基于低能离子直接轰击光学镜面时的物理溅射效应实现光学元件表面材料的去除。入射离子通过级联碰撞将能量传递给光学元件表面原子，当光学元件表面原子获得的能量足以克服表面束缚能时，便以原子形式从工件表面脱离出来，因此离子束抛光拥有纳米量级的加工精度。当低能离子束以可变的速度或驻留时间结合特定的路径扫过光学元件表面，从而精确地修正光学表面的局部面形误差。高确定性、高稳定性和非接触的加工方式，使得离子束抛光方法克服了传统抛光加工过程中的边缘效应、刀具磨损和压力负载等缺点，具有较高的加工收敛率，通常作为高精度光学元件加工的最后一道工序。

由于离子束抛光技术相对复杂，并且成本相对较高，国内开展研究的单位和公司比较少。最初只有中国科技大学和南京天文光学技术研究所做过一些基础性的实验。近年来，国防科技大学正在开展这方面的研究，研制出了国内第一台离子束抛光设备。该设备采用单真空室设计，将待加工工件放入真空室后将花费90分钟达到工作真空压力环境；为保护离子源，避免热的离子源被空气氧化，工件加工完毕后，需耗时120—180分钟等待离子源冷却至室温后才能将真空室充气至大气压力状态将工件取出；再加工将重复上述过程，因此现有离子束加工效率很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、可大大提高抛光效率、降低加工成本的双真空室离子束抛光系统及抛光方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种双真空室离子束抛光系统，包括真空工作室，所述真空工作室旁设有用于装卸工件的辅助真空室，所述真空工作室与辅助真空室之间设有用于控制二者通断的插板阀，所述真空工作室和辅助真空室内设有可在二者之间传送工件的工件传送装置。

所述工件传送装置包括传送小车、小车驱动组件和一对导轨，所述传送小车装设于所述一对导轨上，所述小车驱动组件驱动传送小车沿所述导轨行进。

所述一对导轨于插板阀处隔断，所述传送小车上沿行进方向至少设有三组滚轮，当传送小车行经导轨的隔断处时，至少两组滚轮保持支承于一对导轨上。

所述一对导轨中至少一条导轨上设有导向筋，各组滚轮上设有与所述导向筋配合的导向凹槽。

所述小车驱动组件包括与动力源连接的主动小齿轮、两个从动大齿轮以及沿所述导轨布置的齿条，所述主动小齿轮和两个从动大齿轮均装设于所述传送小车上，所述两个从动大齿轮分设于所述主动小齿轮两侧并与主动小齿轮、齿条啮合，所述两个从动大齿轮之间的中心距大于所述导轨于插板阀处的隔断距离。

所述传送小车上装设有工件托盘和用于驱动所述工件托盘升降的升降驱动装置。

所述升降驱动装置包括丝杆螺母传动机构、水平导轨、竖直导轨、连杆传动机构、升降驱动电机以及滑设于所述水平导轨上的滑块，所述丝杆螺母传动机构中的丝杆与升降驱动电机的驱动轴连接，丝杆螺母传动机构中的螺母与滑块连接，所述工件托盘滑设于所述竖直导轨上，所述连杆传动机构一端与滑块连接，另一端与工件托盘连接。

所述连杆传动机构包括与滑块铰接的第一连杆、与工件托盘铰接的第二连杆以及中部铰接于传送小车侧壁上的第三连杆，所述第一连杆和第二连杆分别铰接于第三连杆的两端。

所述真空工作室内设有离子源、离子源运动系统和中和器。

一种用上述的双真空室离子束抛光系统对工件进行抛光的方法，包括以下步骤，包括以下步骤，

S1）安装工件；

S2）真空环境下离子束抛光加工；

S3）取出工件；

在进行步骤S1）时，先在真空工作室旁的辅助真空室内将工件安装在工件传送装置上，再关闭辅助真空室，将辅助真空室抽气至真空工作室中的压力状态，打开真空工作室与辅助真空室之间的插板阀，通过工件传送装置将工件输送到真空工作室并在真空工作室中完成对工件的定位装夹，再将工件传送装置退回辅助真空室，关闭插板阀；

在进行步骤S3）时，先打开插板阀，工件传送装置进入真空工作室卸下工件，再通过工件传送装置将工件带回辅助真空室，关闭插板阀后向辅助真空室充气至大气压力，最后打开辅助真空室取出工件。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种双真空室离子束抛光系统，在真空工作室旁设有用于装卸工件的辅助真空室，辅助真空室内只需完成工件的取放操作，故辅助真空室的空间远小于真空工作室的空间，通过插板阀的配合，使整个加工过程只需要对辅助真空室抽真空和充气，因此可大大提高抽真空和充气速度，提高产品加工效率；另外，插板阀将辅助真空室和真空工作室隔离，对辅助真空室充气时不需要等待真空工作室中的离子源冷却，从而减少了完成加工后取出工件的等待时间，进一步提高加工效率。本发明的一种双真空室离子束抛光方法，对工件的抛光加工效率高，可大大提高离子束抛光系统的利用率。

附图说明

图1是本发明双真空室离子束抛光系统的结构示意图。

图2是本发明中工件传送装置的主视结构示意图。

图3是本发明中工件传送装置的侧视结构示意图。

图4是本发明中工件传送装置的升降驱动装置结构示意图。

图5是本发明中工件传送装置的立体结构示意图。

图6是本发明抛光方法实施例的流程图。

图中各标号表示：

1、真空工作室；2、辅助真空室；3、插板阀；4、工件传送装置；11、离子源；12、离子源运动系统；13、中和器；41、导轨；42、传送小车；43、小车驱动组件；44、工件托盘；45、升降驱动装置；411、导向筋；421、滚轮；422、导向凹槽；431、齿条；432、主动小齿轮；433、从动大齿轮；451、丝杆螺母传动机构；452、水平导轨；453、竖直导轨；454、连杆传动机构；455、升降驱动电机；456、滑块；4541、第一连杆；4542、第二连杆；4543、第三连杆。

具体实施方式

图1至图5示出了本发明的一种双真空室离子束抛光系统实施例，该离子束抛光系统包括真空工作室1，真空工作室1内设有离子源11、离子源运动系统12和中和器13，真空工作室1旁设有用于装卸工件的辅助真空室2，真空工作室1与辅助真空室2之间设有用于控制二者通断的插板阀3，真空工作室1和辅助真空室2内设有可在二者之间传送工件的工件传送装置4，使用本系统时，先将工件放置在位于辅助真空室2内的工件传送装置4上，将辅助真空室2抽气到真空状态，打开插板阀3，工件传送装置4载着工件由辅助真空室2前进到真空工作室1内指定位置，再通过工件传送装置4将工件放置在真空工作室1内并逐渐脱离工件，工件通过夹具的自定位实现在真空工作室1中的定位，之后，工件传送装置4后退到辅助真空室2内，关闭插板阀3，然后开始进行抛光加工；工件加工完毕后，打开插板阀3，工件传送装置4前进到真空工作室1内，工件传送装置4逐渐将工件抬起，待工件完全脱离真空工作室1内的定位装置后，工件传送装置4带动工件退回到辅助真空室2，关闭插板阀3，并将辅助真空室2充气至大气状态，便可取出工件。辅助真空室2内只需完成工件的取放操作，故辅助真空室2的空间远小于真空工作室1的空间，通过插板阀3的配合，整个加工过程只需要对辅助真空室2抽真空和充气，因此可大大提高抽真空和充气速度，提高产品加工效率；另外，插板阀3将辅助真空室2和真空工作室1隔离，对辅助真空室2充气时不需要等待真空工作室1中的离子源冷却，从而减少了完成加工后取出工件的等待时间，进一步提高加工效率。

本实施例中，工件传送装置4包括传送小车42、小车驱动组件43和一对导轨41，传送小车42装设于一对导轨41上，小车驱动组件43驱动传送小车42沿导轨41行进。一对导轨41于插板阀3处隔断，传送小车42上沿行进方向至少设有三组滚轮421，当传送小车42行经导轨41的隔断处时，至少两组滚轮421保持支承于一对导轨41上，本实施例中，滚轮421设有四组，这样可保证传送小车42（包括运载的工件）的重心落在保持支承于一对导轨41的滚轮421组之间，避免传送小车42倾翻，确保其可以平稳的通过一对导轨41的隔断处。一对导轨41中至少一条导轨41上设有导向筋411，本实施例仅在其中一条导轨41上设导向筋411，同时在各组滚轮421中与该导轨41配合的轮子上设置导向凹槽422，使导向凹槽422与导向筋411配合，对传送小车42的行进起导向作用。小车驱动组件43包括与动力源连接的主动小齿轮432、两个从动大齿轮433以及沿导轨41固定设置的齿条431，主动小齿轮432和两个从动大齿轮433均装设于传送小车42上，两个从动大齿轮433分设于主动小齿轮432两侧并与主动小齿轮432、齿条431啮合，两个从动大齿轮433之间的中心距大于导轨41于插板阀3处的隔断距离，传送小车42行进时，由与动力源连接的主动小齿轮432带动两个从动大齿轮433，通过从动大齿轮433与齿条431的传动驱使传送小车42沿导轨41行进，这样可保证传送小车42通过导轨41的隔断处时，至少有一个从动大齿轮433与齿条431处在啮合状态，确保传送小车42能够获得连贯的驱动力，从而可顺利通过导轨41于插板阀3处的隔断。

本实施例中，在传送小车42上装设有工件托盘44和用于驱动工件托盘44升降的升降驱动装置45。该升降驱动装置45包括丝杆螺母传动机构451、水平导轨452、竖直导轨453、连杆传动机构454、升降驱动电机455以及滑设于水平导轨452上的滑块456，丝杆螺母传动机构451中的丝杆与升降驱动电机455的驱动轴连接，丝杆螺母传动机构451中的螺母通过一横向布置的连杆与滑块456连接，工件托盘44滑设于竖直导轨453上，连杆传动机构454一端与滑块456连接，另一端与工件托盘44连接，连杆传动机构454包括与滑块456铰接的第一连杆4541、与工件托盘44铰接的第二连杆4542以及中部铰接于传送小车42侧壁上的第三连杆4543，第一连杆4541和第二连杆4542分别铰接于第三连杆4543的两端，该结构简单紧凑，升降驱动电机455和丝杆螺母传动机构451均水平布置，充分利用了传送小车42的空间，使传送小车42以及其上主要设备能够精准完成工件传动工作的同时，还尽可能的减少了整体占用空间，从而可尽量减小辅助真空室2的容积，提高抽真空和充气的效率。升降驱动电机455启动，通过丝杆螺母传动机构451带动滑块456沿水平导轨452左右移动时，滑块456将通过连杆传动机构454带动工件托盘44沿竖直导轨453升降，该套传动机构实现了驱动力到抬升力的放大，以及滑块456水平位移量到工件托盘44竖直位移量的减少，有利于通过丝杆螺母传动机构451精确控制工件的抬升量，确保工件转移过程安全稳定。

图6示出了一种用上述的双真空室离子束抛光系统对工件进行抛光的方法实施例流程图，该方法包括以下步骤，

S1）安装工件；

S2）真空环境下离子束抛光加工；

S3）取出工件；

在进行步骤S1）时，真空工作室1处在真空工作压力状态，辅助真空室2处在大气压状态，先打开辅助真空室2，将工件安装在工件传送装置4上，再关闭辅助真空室2，将辅助真空室2抽气至真空工作室1中的压力状态，打开真空工作室1与辅助真空室2之间的插板阀3，通过工件传送装置4将工件输送到真空工作室1，并在真空工作室1中完成对工件的定位装夹，再将工件传送装置4退回辅助真空室2，关闭插板阀3；在进行步骤S2）时，先在真空环境下对工件进行离子束抛光加工，离子束抛光加工停止时初步检查是否加工完毕，若未完成加工则继续加工，若已完成加工则进行步骤S3）；

在进行步骤S3）时，先打开插板阀3，工件传送装置4进入真空工作室1，通过工件传送装置4卸下工件，再通过工件传送装置4将工件带回辅助真空室2并关闭插板阀3，然后向辅助真空室2充气至大气压力，打开辅助真空室2取出工件，用专用设备对工件进行抛光结果检测，若满足加工要求则完成加工，若不满足加工要求则重复步骤S1）。上述的抛光方法，对工件的抛光加工效率高，可大大提高离子束抛光系统的利用率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (6)

1.一种双真空室离子束抛光系统，包括真空工作室（1），其特征在于：所述真空工作室（1）旁设有用于装卸工件的辅助真空室（2），所述真空工作室（1）与辅助真空室（2）之间设有用于控制二者通断的插板阀（3），所述真空工作室（1）和辅助真空室（2）内设有可在二者之间传送工件的工件传送装置（4），所述工件传送装置（4）包括传送小车（42）、小车驱动组件（43）和一对导轨（41），所述传送小车（42）装设于所述一对导轨（41）上，所述小车驱动组件（43）驱动传送小车（42）沿所述导轨（41）行进，所述一对导轨（41）于插板阀（3）处隔断，所述传送小车（42）上沿行进方向至少设有三组滚轮（421），当传送小车（42）行经导轨（41）的隔断处时，至少两组滚轮（421）保持支承于一对导轨（41）上，所述一对导轨（41）中至少一条导轨（41）上设有导向筋（411），各组滚轮（421）上设有与所述导向筋（411）配合的导向凹槽（422），所述小车驱动组件（43）包括与动力源连接的主动小齿轮（432）、两个从动大齿轮（433）以及沿所述导轨（41）布置的齿条（431），所述主动小齿轮（432）和两个从动大齿轮（433）均装设于所述传送小车（42）上，所述两个从动大齿轮（433）分设于所述主动小齿轮（432）两侧并与主动小齿轮（432）、齿条（431）啮合，所述两个从动大齿轮（433）之间的中心距大于所述导轨（41）于插板阀（3）处的隔断距离。

2.根据权利要求1所述的双真空室离子束抛光系统，其特征在于：所述传送小车（42）上装设有工件托盘（44）和用于驱动所述工件托盘（44）升降的升降驱动装置（45）。

3.根据权利要求2所述的双真空室离子束抛光系统，其特征在于：所述升降驱动装置（45）包括丝杆螺母传动机构（451）、水平导轨（452）、竖直导轨（453）、连杆传动机构（454）、升降驱动电机（455）以及滑设于所述水平导轨（452）上的滑块（456），所述丝杆螺母传动机构（451）中的丝杆与升降驱动电机（455）的驱动轴连接，丝杆螺母传动机构（451）中的螺母与滑块（456）连接，所述工件托盘（44）滑设于所述竖直导轨（453）上，所述连杆传动机构（454）一端与滑块（456）连接，另一端与工件托盘（44）连接。

4.根据权利要求3所述的双真空室离子束抛光系统，其特征在于：所述连杆传动机构（454）包括与滑块（456）铰接的第一连杆（4541）、与工件托盘（44）铰接的第二连杆（4542）以及中部铰接于传送小车（42）侧壁上的第三连杆（4543），所述第一连杆（4541）和第二连杆（4542）分别铰接于第三连杆（4543）的两端。

5.根据权利要求4所述的双真空室离子束抛光系统，其特征在于：所述真空工作室（1）内设有离子源（11）、离子源运动系统（12）和中和器（13）。

6.一种用如权1至5任一项所述的双真空室离子束抛光系统对工件进行抛光的方法，包括以下步骤，

S1）安装工件；

S2）真空环境下离子束抛光加工；

S3）取出工件；

其特征在于：

在进行步骤S1）时，先在真空工作室（1）旁的辅助真空室（2）内将工件安装在工件传送装置（4）上，再关闭辅助真空室（2），将辅助真空室（2）抽气至真空工作室（1）中的压力状态，打开真空工作室（1）与辅助真空室（2）之间的插板阀（3），通过工件传送装置（4）将工件输送到真空工作室（1）并在真空工作室（1）中完成对工件的定位装夹，再将工件传送装置（4）退回辅助真空室（2），关闭插板阀（3）；

在进行步骤S3）时，先打开插板阀（3），工件传送装置（4）进入真空工作室（1）卸下工件，再通过工件传送装置（4）将工件带回辅助真空室（2），关闭插板阀（3）后向辅助真空室（2）充气至大气压力，最后打开辅助真空室（2）取出工件。