CN102744655A - 一种大型光学零件离子束抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型光学零件离子束抛光机，包括真空抛光系统、承载装置、用于运输完成测量后的大口径工件、并在运输过程中使大口径工件的待加工面保持向下的翻转装置以及用于承接翻转装置所输送的大口径工件、并将大口径工件送至真空抛光系统的主真空室内的输送装置，所述承载装置包括导轨以及设于主真空室内、并用于承接输送装置所输送的大口径工件的内机架，所述输送装置设于导轨上，并沿所述导轨运动。该大型光学零件离子束抛光机具有结构简单、操控方便、可保证工作环境洁净度、提高加工精度和加工效率、使用寿命长的优点。

Description

一种大型光学零件离子束抛光机

技术领域

本发明涉及离子束抛光技术，尤其涉及一种大型光学零件离子束抛光机。

背景技术

离子束抛光方法是光学镜面加工中独具特色的有效加工方法。由于离子束抛光的材料去除物理机理是原子溅射效应，所以离子束抛光过程中的材料去除量可以控制到原子量级，抛光精度很高；由于离子束抛光中去除函数稳定，不容易发生变化，所以离子束抛光确定性高，面形收敛快；由于离子束抛光是非接触式抛光方法，不存在接触应力和应变，加工工件边缘时去除函数不发生变化，没有边缘效应。

离子束抛光机是用于光学镜面离子束抛光的基础设备，目前，国外已有使用大型离子束抛光机进行光学零件离子束抛光的成功案例，而国内只具有制备中小型离子束抛光机的能力，大型离子束抛光机的研制仍是空白，国内仅具有中小型离子束抛光机的现实极大制约了国内大口径光学零件离子束抛光方面研究的发展。

国外首台大型离子束抛光机为美国的离子束抛光系统IFS（Ion Figuring System），此设备为Kodak公司所研制，采用五轴数控系统控制离子源运动，加工零件尺寸可达Φ2.5m。Kodak公司利用该设备成功进行了Keck天文望远镜主镜最后阶段的抛光，展示了离子束抛光技术高效的加工能力。另外，德国NTGL公司具备研制大型离子束抛光机的能力。其大型离子束抛光机IBF1500可加工最大直径为Φ1500mm的平面反射镜，凹面镜加工曲率半径可达2250mm，包括支承厚度在内的工件厚度可达520mm，最大重量可达1000kg，可加工的工件材料包括微晶、石英、Si、SiC和ULE等，该套设备重量大约为20t，真空室总体积为22m3，所占空间大小为6.5×6.5×4m。

现有的大型离子束抛光机具有建立真空环境耗费资源多、耗费时间长等缺点，在对大口径光学零件进行加工时，此缺点所产生的影响不明显。但是，因为离子束抛光机在进行抛光前，需要在中小口径光学零件上进行大量工艺实验，而按照现有大型离子束抛光机的设计方法，为完成工艺实验必须重复多次建立真空环境，所以，此缺点将导致大型离子束抛光机的总真空环境建立时间极长，浪费大量资源，并影响离子束抛光机的抛光效率。另外，当使用此离子束抛光机对大量中小口径光学零件进行离子束抛光时，此缺点仍然非常突出。由此可见，现有技术有待于更进一步发展。

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、操控方便、可保证工作环境洁净度、提高加工精度和加工效率、使用寿命长的大型光学零件离子束抛光机。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大型光学零件离子束抛光机，包括真空抛光系统、承载装置、用于运输完成测量后的大口径工件、并在运输过程中使大口径工件的待加工面保持向下的翻转装置以及用于承接翻转装置所输送的大口径工件、并将大口径工件送至真空抛光系统的主真空室内的输送装置，所述承载装置包括导轨以及设于主真空室内、并用于承接输送装置所输送的大口径工件的内机架，所述输送装置设于导轨上，并沿所述导轨运动。

所述翻转装置包括翻转机架、支承滚轮和夹紧盘，所述支承滚轮装设于所述翻转机架底部，所述夹紧盘可转动的装设于所述翻转机架上，所述夹紧盘上设有多个用于夹持光学零件夹具的夹紧块。

所述输送装置包括输送车架和车轮，所述车轮装设于所述输送车架的底部，并沿所述导轨设置，所述输送车架上设有可作竖直升降的升降平台。

所述输送装置还包括行进驱动电机、电机座、减速器、驱动齿轮以及沿所述导轨设置的齿条，所述行进驱动电机通过电机座固定于所述输送车架上，所述行进驱动电机的输出端经减速器与驱动齿轮连接，所述驱动齿轮与所述齿条啮合。

所述输送装置还包括升降电动推杆、升降导轨和升降滑块，所述升降滑块固定于所述升降平台上，所述升降导轨和升降电动推杆装设于输送车架上，所述升降滑块滑设于升降导轨中，所述升降电动推杆的输出端与升降平台连接。

所述承载装置还包括外机架，所述导轨均由内导轨、外导轨和对接导轨组成，所述内导轨设于主真空室内，并固定于内机架上，所述外导轨固定于外机架上，所述对接导轨一端与外导轨铰接，另一端与内导轨搭接。

所述内机架上装设有用于承接大口径工件的定位钩和承载钩，所述外机架上装设有用于对翻转装置定位的定位销。

所述真空抛光系统还包括副真空室和插板阀，所述副真空室与所述主真空室连接，所述插板阀设于主真空室与副真空室之间，并控制二者通断。

所述真空抛光系统还包括辅助导轨和用于运送中小口径工件的辅助小车，所述辅助导轨辅设于主真空室与副真空室内，所述辅助小车滑设于所述辅助导轨上。

所述真空抛光系统还包括主真空门、门控小车、门控气阀和门架，所述门架设于主真空室的开口处，所述门控小车装设于门架上并可在主真空室开口的上方横向移动，所述主真空门悬挂于所述门控小车上，所述门控气阀设于主真空室开口处的周边并用于压紧关闭主真空门。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的大型光学零件离子束抛光机，采用翻转装置、输送装置和承载装置的组合解决了大口径工件的装卸问题，不再依靠吊车进行大口径工件吊装，保证了离子束抛光机的工作环境洁净，从而可提高加工精度，并延长设备使用寿命；该装置结构简单，操控方便，便于通过电气元件实现自动化控制，进而提高离子束抛光机的可操作性和方便性；该装置实用性强，对人工操作要求低，可提高离子束抛光机对大口径光学零件的加工效率。承载装置中的导轨分为三段，位于中间段的对接导轨一端与外导轨铰接，另一端与内导轨搭接，使导轨的分离和连接非常方便，且对接精度要求低，易于实现；导轨分离时，便于对抛光机的主真空室进行密封，导轨连接时，便于输送装置出入主真空室。真空抛光系统还包括副真空室和插板阀，副真空室与主真空室连接，插板阀设于主真空室与副真空室之间，并控制二者通断，副真空室内只需完成对中小口径工件的取放操作，故副真空室的空间远小于主真空室的空间，通过插板阀的配合，使整个加工过程只需要对副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，插板阀将副真空室和主真空室隔离，对副真空室充气时不需要等待主真空室中的离子源冷却，从而减少了完成加工后取出工件的等待时间，进一步提高了加工效率。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图。

图2是本发明中翻转装置的立体结构示意图。

图3是本发明中输送装置的立体结构示意图。

图4是本发明中承载装置的俯视结构示意图。

图5是本发明中输送装置取放大口径工件时的结构示意图。

图6是本发明的承载装置中导轨未完成对接的结构示意图。

图7是本发明的承载装置中导轨完成对接的结构示意图。

图8是本发明的辅助导轨和辅助小车的放大结构示意图。

图9是本发明主真空室部分的主视结构示意图。

图10是本发明主真空室部分的立体结构示意图。

图11是本发明大口径工件安装位置与中小口径工件安装位置的相对空间示意图（仰视）。

图中各标号表示：

1、翻转装置；2、输送装置；3、承载装置；4、真空抛光系统；5、光学零件夹具；6、大口径工件；7、中小口径工件；8、抽真空装置；101、翻转机架；102、支承滚轮；103、夹紧盘；104、夹紧块；201、输送车架；202、车轮；203、升降平台；204、行进驱动电机；205、电机座；206、减速器；207、驱动齿轮；208、升降电动推杆；209、升降导轨；210、升降滑块；211、齿条；301、内机架；302、导轨；303、外机架；304、定位钩；305、承载钩；306、定位销；3021、内导轨；3022、外导轨；3023、对接导轨；3024、导向凸块；401、主真空室；402、副真空室；403、插板阀；404、辅助导轨；405、辅助小车；406、主真空门；407、门控小车；408、门控气阀；409、门架。

具体实施方式

图1至图11示出了本发明的一种大型光学零件离子束抛光机，包括真空抛光系统4、承载装置3、用于运输完成测量后的大口径工件6、并在运输过程中使大口径工件6的待加工面保持向下的翻转装置1以及用于承接翻转装置1所输送的大口径工件6、并将大口径工件6送至真空抛光系统4的主真空室401内的输送装置2，承载装置3包括导轨302以及设于主真空室401内、并用于承接输送装置2所输送的大口径工件6的内机架301，输送装置2设于导轨302上，并沿导轨302运动，真空抛光系统4连有抽真空装置8，通过抽真空装置8可对主真空室401抽真空。本发明采用翻转装置1、输送装置2和承载装置3的组合解决了大口径光学零件的装卸问题，不再依靠吊车进行大口径光学零件吊装，保证了离子束抛光机的工作环境洁净，从而可提高加工精度，并延长离子束抛光设备的使用寿命；该抛光机结构简单，操控方便，便于通过电气元件实现自动化控制，进而提高离子束抛光机的可操作性和方便性；同时，该抛光机的实用性极强，对人工操作要求低，可提高离子束抛光机对大口径光学零件的加工效率。

本实施例中，翻转装置1包括翻转机架101、支承滚轮102和夹紧盘103，支承滚轮102装设于翻转机架101底部，使翻转机架101可以灵活移动，夹紧盘103可转动的装设于翻转机架101上，夹紧盘103上设有多个夹紧块104，被加工的大口径工件6通过光学零件夹具5夹紧，光学零件夹具5通过夹紧块104夹持，需要翻转大口径工件6时，通过转动夹紧盘103可带动其上的光学零件夹具5和工件一起翻转。

本实施例中，输送装置2包括输送车架201和车轮202，车轮202装设于输送车架201的底部，并沿导轨302设置，通过导轨302的约束，可以保证输送装置2可以将大口径工件6准确的送达指定位置，输送车架201上设有可作竖直升降的升降平台203，通过升降平台203可以非常方便的实现大口径工件6的准确转移。该输送装置2还包括行进驱动电机204、电机座205、减速器206、驱动齿轮207以及沿导轨302设置的齿条211，行进驱动电机204通过电机座205固定于输送车架201上，行进驱动电机204的输出端经减速器206与驱动齿轮207连接，驱动齿轮207与齿条211啮合，行进驱动电机204启动后，经减速器206带动驱动齿轮207旋转，驱动齿轮207与齿条211的啮合驱使输送车架201前进。该输送装置2进一步包括升降电动推杆208、升降导轨209和升降滑块210，升降滑块210固定于升降平台203上，升降导轨209和升降电动推杆208装设于输送车架201上，升降滑块210滑设于升降导轨209中，升降电动推杆208的输出端与升降平台203连接，升降电动推杆208启动作伸缩运动时，带动升降平台203同步升降，升降过程中，通过升降滑块210与升降导轨209的配合，对升降平台203的运动导向，以保证大口径工件6的运动平稳，避免工件受损。

本实施例中，承载装置3还包括外机架303，导轨302均由内导轨3021、外导轨3022和对接导轨3023组成，内导轨3021设于主真空室401内，并固定于内机架301上，外导轨3022固定于外机架303上，对接导轨3023一端与外导轨3022铰接，另一端与内导轨3021搭接，导轨302分为三段可以非常方便的分离和连接，以满足对主真空室401进行密封以及输送装置2出入主真空室401的要求，并且这种结构对导轨302的对接精度要求低，易于实现、制作，可降低导轨302的生产成本，提高导轨302的对接速度。本实施例中，导轨302进一步设置为两条，其中一条导轨302上设有导向凸块3024，以便对输送装置2的运动导向，防止输送装置2偏离导轨302。内机架301上装设有用于承接工件的定位钩304和承载钩305，定位钩304用于对输送装置2定位，承载钩305用于支承工件。外机架303上装设有用于对翻转装置1定位的定位销306，当翻转装置1移动到输送装置2处时，通过该定位销306对翻转装置1定位，以确保翻转装置1与输送装置2能够准确交接大口径工件6。

本实施例中，真空抛光系统4还包括副真空室402和插板阀403，副真空室402与主真空室401连接，插板阀403设于主真空室401与副真空室402之间，并控制二者通断，副真空室402也通过抽真空装置8完成抽真空，副真空室402内只需完成对中小口径工件7的取放操作，故副真空室402的空间远小于主真空室401的空间，通过插板阀403的配合，使中小口径工件7的整个加工过程只需要对副真空室402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403将副真空室402和主真空室401隔离，对副真空室402充气时不需要等待主真空室401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，进一步提高了加工效率。真空抛光系统4还包括辅助导轨404和辅助小车405，辅助导轨404辅设于主真空室401与副真空室402内，辅助小车405滑设于辅助导轨404上，辅助小车405用于运送中小口径工件7进出主真空室401。真空抛光系统4还进一步包括主真空门406、门控小车407、门控气阀408和门架409，门架409设于主真空室401的开口处，门控小车407装设于门架409上并可在主真空室401开口的上方横向移动，主真空门406悬挂于门控小车407上，门控气阀408设于主真空室401开口处的周边，关闭主真空门406时由门控气阀408压紧主真空门406周边，使主真空室401密封，开启主真空门406时先卸下门控气阀408对主真空门406周边的压力，再通过门控小车407将主真空门406移开。

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 (10)

1.一种大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：包括真空抛光系统（4）、承载装置（3）、用于运输完成测量后的大口径工件（6）、并在运输过程中使大口径工件（6）的待加工面保持向下的翻转装置（1）以及用于承接翻转装置（1）所输送的大口径工件（6）、并将大口径工件（6）送至真空抛光系统（4）的主真空室（401）内的输送装置（2），所述承载装置（3）包括导轨（302）以及设于主真空室（401）内、并用于承接输送装置（2）所输送的大口径工件（6）的内机架（301），所述输送装置（2）设于导轨（302）上，并沿所述导轨（302）运动。

2.根据权利要求1所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述翻转装置（1）包括翻转机架（101）、支承滚轮（102）和夹紧盘（103），所述支承滚轮（102）装设于所述翻转机架（101）底部，所述夹紧盘（103）可转动的装设于所述翻转机架（101）上，所述夹紧盘（103）上设有多个用于夹持光学零件夹具（5）的夹紧块（104）。

3.根据权利要求2所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述输送装置（2）包括输送车架（201）和车轮（202），所述车轮（202）装设于所述输送车架（201）的底部，并沿所述导轨（302）设置，所述输送车架（201）上设有可作竖直升降的升降平台（203）。

4.根据权利要求3所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述输送装置（2）还包括行进驱动电机（204）、电机座（205）、减速器（206）、驱动齿轮（207）以及沿所述导轨（302）设置的齿条（211），所述行进驱动电机（204）通过电机座（205）固定于所述输送车架（201）上，所述行进驱动电机（204）的输出端经减速器（206）与驱动齿轮（207）连接，所述驱动齿轮（207）与所述齿条（211）啮合。

5.根据权利要求3所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述输送装置（2）还包括升降电动推杆（208）、升降导轨（209）和升降滑块（210），所述升降滑块（210）固定于所述升降平台（203）上，所述升降导轨（209）和升降电动推杆（208）装设于输送车架（201）上，所述升降滑块（210）滑设于升降导轨（209）中，所述升降电动推杆（208）的输出端与升降平台（203）连接。

6.根据权利要求1所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述承载装置（3）还包括外机架（303），所述导轨（302）均由内导轨（3021）、外导轨（3022）和对接导轨（3023）组成，所述内导轨（3021）设于主真空室（401）内，并固定于内机架（301）上，所述外导轨（3022）固定于外机架（303）上，所述对接导轨（3023）一端与外导轨（3022）铰接，另一端与内导轨（3021）搭接。

7.根据权利要求6所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述内机架（301）上装设有用于承接大口径工件（6）的定位钩（304）和承载钩（305），所述外机架（303）上装设有用于对翻转装置（1）定位的定位销（306）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述真空抛光系统（4）还包括副真空室（402）和插板阀（403），所述副真空室（402）与所述主真空室（401）连接，所述插板阀（403）设于主真空室（401）与副真空室（402）之间，并控制二者通断。

9.根据权利要求8所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述真空抛光系统（4）还包括辅助导轨（404）和用于运送中小口径工件（7）的辅助小车（405），所述辅助导轨（404）辅设于主真空室（401）与副真空室（402）内，所述辅助小车（405）滑设于所述辅助导轨（404）上。

10.根据权利要求9所述的大型光学零件离子束抛光机，其特征在于：所述真空抛光系统（4）还包括主真空门（406）、门控小车（407）、门控气阀（408）和门架（409），所述门架（409）设于主真空室（401）的开口处，所述门控小车（407）装设于门架（409）上并可在主真空室（401）开口的上方横向移动，所述主真空门（406）悬挂于所述门控小车（407）上，所述门控气阀（408）设于主真空室（401）开口处的周边并用于压紧关闭主真空门（406）。

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