CN102765044A - 可用于kdp晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置及其抛光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置，包括工件装配台和设有喷嘴的运动平台，喷嘴通过液体输送管道与储液罐相连通，液体输送管道上设有可将储液罐中的反应液输送至喷嘴处的蠕动泵，反应液中含有潮解反应剂和有机溶剂。该加工装置对KDP晶体进行抛光加工的方法包括以下步骤：首先在工件装配台上固定待抛光加工的KDP晶体；以纯水作为潮解反应剂，在蠕动泵的作用下将其输送到喷嘴处，将KDP晶体潮解去除限制在喷嘴接触的区域内，以乙醇挥发得到的温度梯度来消除KDP晶体表面的反应剂残留，同时通过真空发生器实现的负压使反应剂从喷嘴处回收。本发明具有高精度、高效率、无损伤、低成本等优点。

Description

可用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置及其抛光加工方法

技术领域

本发明属于功能性晶体超精密加工技术领域，尤其涉及一种KDP晶体的确定性抛光加工装置及加工方法。

背景技术

KDP（磷酸二氢钾）作为一种优质的非线性光学晶体，在惯性约束聚变固体激光驱动器等激光和光学领域都具有广泛应用，但是因其具有各向异性、质软、易潮解、脆性高、对温度变化敏感和易开裂等不利于材料加工的特点，使得KDP晶体的加工周期长、合格率低、质量不稳定，因此KDP晶体成为目前最难加工的晶体材料之一。目前常用的KDP晶体加工方法中，无磨料抛光加工KDP会在表面嵌入磨粒并产生残余应力，抛光中产生的热量也会破坏表面质量；单点金刚石车削（SPDT）加工KDP去除效率高，但是加工表面存在刀痕并有残余应力，表面质量达不到高精度要求；磁流变（MRF）加工KDP可以获得高精度的表面，但是磁流变液中的铁粉会嵌入到KDP表面，降低表面的激光损伤阈值。KDP晶体的高精度无损伤加工方法一直是非线性光学晶体超精密加工领域关注的重要问题，但目前没有成熟的技术方案可以借鉴。

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，提供一种高精度、高效率、无损伤、低成本的可用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置，还提供一种反应液成本低廉、潮解去除效率高、可以获得高精度KDP晶体表面的抛光加工方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种可用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置，所述加工装置包括固定待抛光工件的工件装配台和设有喷嘴的运动平台，所述喷嘴通过液体输送管道与装填有反应液的储液罐相连通，所述液体输送管道上设有可将储液罐中的反应液输送至喷嘴处的蠕动泵，所述反应液中含有用于潮解待抛光工件的潮解反应剂和可选择性添加的用于调节潮解反应剂比例的有机溶剂。

作为对上述加工装置的进一步改进，所述喷嘴内部开设有与所述液体输送管道连通的供液孔，所述喷嘴外部开设有回收反应液的回收孔，所述喷嘴内部设置将反应液从供液孔导出至待抛光工件表面的供给通道和将反应液从回收孔处回收至液体输送管道的回收通道；所述供给通道和回收通道相互独立分隔开；所述储液罐上连接有可产生负压以实现反应液回收的真空发生器；所述反应液中含有乙醇。

上述的加工装置中，所述液体输送管道上优选连接有脉冲阻尼器，利用脉冲阻尼器消除蠕动泵带来的流速波动。

上述的加工装置中，所述工件装配台优选作为Z轴升降台，所述工件装配台上设有固定待抛光工件的真空吸盘；所述运动平台优选作为XY轴平移台。

上述的加工装置中，所述工件装配台和运动平台均优选安装于四周开设有隔振沟的地基上，地基上设有凸台，所述运动平台下方设可调垫铁，可调垫铁与凸台间设有垫片。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述的加工装置对KDP晶体进行抛光加工的方法，包括以下步骤：

（1）在所述工件装配台上通过真空吸盘固定待抛光加工的KDP晶体；

（2）以纯水作为潮解反应剂（利用KDP晶体遇水潮解的特性），并与有机溶剂（有机溶剂是作为运输载体并用来调节反应液中潮解反应剂的比例）、乙醇混配得到反应液，在所述蠕动泵的作用下将反应液从所述储液罐输送到运动平台上设置的喷嘴处，并由喷嘴喷射至KDP晶体的表面，将KDP晶体的潮解去除限制在喷嘴接触的区域内，通过喷嘴在KDP晶体表面的扫描实现对KDP晶体的确定性加工；

（3）以反应液中乙醇挥发得到的温度梯度实现Marangoni效应来消除KDP晶体表面的反应液残留，与此同时，所述储液罐通过真空发生器实现的负压使从喷嘴处回收的反应液回流至储液罐中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）首先，本发明加工装置及方法中的反应液主要由有机溶剂和纯水构成，我们利用KDP晶体遇水潮解的特性实现去除加工，物理潮解过程对振动等外界影响不敏感，加工过程不会在表面残余应力，也不会在表面残留杂质离子，这更好地保证了KDP晶体的光学性能；

（2）本发明的加工装置中通过设置喷嘴将物理潮解加工去除限制在接触区域内，这可以获得稳定的去除函数，实现确定性加工，通过控制喷嘴的扫描速度进而控制驻留时间，以加工出各种形状的高精度KDP光学表面；

（3）本发明优选方案的反应液中添加乙醇，通过乙醇挥发得到的温度梯度实现Marangoni效应来消除表面反应液残留，储液罐中则通过真空发生器产生负压实现反应液的快速回收，潮解过程更加稳定可控，可以获得高精度的表面质量；

（4）本发明优选的技术方案中，喷嘴由同轴的内部供给部分和外部回收部分构成，内部供给部分的底部中心通孔将反应液运送到KDP晶体表面，外部回收部分的外壁回收孔在储液罐负压和Marangoni效应共同作用下将反应液回收到储液罐，反应液通过蠕动泵、喷嘴和真空发生器实现了在储液罐、液体输送管道中的循环，循环速度可由蠕动泵转速控制，结构简单紧凑，循环利用的反应液进一步降低了加工成本；

（5）本发明中优选设置的脉冲阻尼器消除了流速波动，保证流速平稳；

（6）本发明优选的技术方案中，通过将喷嘴固定安装在XY轴运动平台上，KDP晶体则通过真空吸盘固定在Z轴升降台上，这组成的加工装置，不仅结构简单、易于实现，且物理潮解过程对喷嘴和KDP晶体的相对位置精度不敏感，降低了对系统精度的要求；

（7）本发明加工装置及方法的潮解去除速率可以由反应液中纯水的比例、反应液循环速度精确控制，去除效率可调节范围大，可以同时满足高效率的粗加工和高精度的精加工要求；

（8）本发明优选的方案是在地基上设有凸台，以便于XY运动平台和Z轴升降台的安装，减少由于地基的高低不平对安装精度的影响。

总的来说，本发明的加工装置结构简单，加工方法易于操作，反应液成本低廉，潮解去除效率高，可以获得高精度的KDP晶体表面。

附图说明

图1为本发明实施例中加工装置的结构示意图（主视）。

图2为本发明实施例中加工装置的结构示意图（俯视）。

图3为本发明实施例中加工装置装设的喷嘴的结构示意图。

图4为图3中A-A处的剖视图。

图5为图3中B-B处的剖视图。

图例说明：

1. 反应液； 2. 蠕动泵； 3. 储液罐； 4. XY轴运动平台； 5. 喷嘴； 6. Z轴升降台； 7.脉冲阻尼器； 8. 真空发生器； 9. 真空吸盘； 10. 喷嘴固定台； 11. 液体输送硬管； 12. 液体输送软管； 13. 接头； 14. 转接头； 15. 凸台； 16. 可调垫铁； 17. 隔振沟； 18. 地基； 19. 垫片； 20. 供液孔； 21. 回收孔； 22. 供给通道； 23. 回收通道。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例：

一种如图1～图5所示的用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置，加工装置包括Z轴升降台6和设有喷嘴固定台10的XY轴运动平台4，Z轴升降台6上装设有固定待抛光KDP晶体的真空吸盘9，喷嘴固定台10的上方设有喷嘴5，喷嘴5通过液体输送管道与装填有反应液1的储液罐3相连通，液体输送管道上设有可将储液罐3中的反应液1输送至喷嘴5处的蠕动泵2。本实施例的液体输送管道包括液体输送硬管11和液体输送软管12，液体输送软管12主要用在蠕动泵2上，其余部分则使用液体输送硬管11。液体输送管道的各部分由对应尺寸的接头13或者转接头14连接成一体，结构简单、紧凑。

本实施例的喷嘴5如图3～图5所示，喷嘴5内部开设有与液体输送管道连通的供液孔20，供液孔20位于喷嘴底部的中心处，喷嘴5的外壁上开设有回收反应液1的回收孔21，喷嘴5内部设置将反应液1从供液孔20导出至待抛光KDP晶体表面的供给通道22和将反应液1从回收孔21处回收至液体输送管道的回收通道23；供给通道22和回收通道23相互独立分隔开。本实施例的储液罐3上连接有可产生负压以实现反应液1回收的真空发生器8。

本实施例的加工装置中，液体输送管道上还连接有脉冲阻尼器7，利用脉冲阻尼器7消除蠕动泵带来的流速波动。

本实施例的加工装置中，XY轴运动平台4和Z轴升降台6均安装于四周开设有隔振沟17的地基18上，地基18上设有凸台15，XY轴运动平台4下方设可调垫铁16，可调垫铁16与凸台15间设有垫片19，这样便于XY轴运动平台4和Z轴升降台6的安装，减少由于地基18的高低不平对安装精度的影响。

本实施例的反应液1中含有纯水、有机溶剂和乙醇，纯水是用于潮解待抛光KDP晶体的潮解反应剂，有机溶剂是作为运输载体并用来调节反应液中潮解反应剂的比例，乙醇挥发得到的温度梯度实现Marangoni效应来消除表面反应液残留。

一种用上述本实施例的加工装置对KDP晶体进行抛光加工的方法，包括以下步骤：

（1）在Z轴升降台6上通过真空吸盘9固定待抛光加工的KDP晶体；

（2）以纯水作为潮解反应剂，并与有机溶剂（例如冰醋酸、二甲苯等与水互溶有机溶剂）、乙醇混配得到反应液1，将反应液倒入储液罐3中，开启蠕动泵2，在蠕动泵2的作用下将反应液1从储液罐3输送到XY轴运动平台4上设置的喷嘴5处，并由喷嘴5喷射至KDP晶体的表面，将KDP晶体的潮解去除限制在喷嘴5接触的区域内，通过喷嘴5在KDP晶体表面的扫描实现对KDP晶体的确定性加工；通过控制喷嘴5的扫描速度进而控制驻留时间，以加工出各种形状的高精度KDP光学表面；

（3）以反应液1中乙醇挥发得到的温度梯度实现Marangoni效应来消除KDP晶体表面的反应液1残留，用脉冲阻尼器7消除蠕动泵2带来的流速波动，与此同时，储液罐3通过真空发生器8实现的负压使从喷嘴5处回收的反应液1回流至储液罐3中，通过循环利用反应液1降低了加工成本。

本实施例中，潮解反应去除速率可以由反应液1中纯水的比例、反应液循环速度精确控制，去除效率可调节范围大，可以同时满足高效率的粗加工和高精度的精加工要求。

Claims (7)

1.一种可用于KDP晶体抛光加工的确定性局部物理潮解加工装置，所述加工装置包括固定待抛光工件的工件装配台和设有喷嘴的运动平台，所述喷嘴通过液体输送管道与装填有反应液的储液罐相连通，所述液体输送管道上设有可将储液罐中的反应液输送至喷嘴处的蠕动泵，所述反应液中含有用于潮解待抛光工件的潮解反应剂和可选择性添加的用于调节潮解反应剂比例的有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述喷嘴内部开设有与所述液体输送管道连通的供液孔，所述喷嘴外部开设有回收反应液的回收孔，所述喷嘴内部设置将反应液从供液孔导出至待抛光工件表面的供给通道和将反应液从回收孔处回收至液体输送管道的回收通道，所述供给通道和回收通道相互独立分隔开；所述储液罐上连接有可产生负压以实现反应液回收的真空发生器；所述反应液中含有乙醇。

3.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于：所述液体输送管道上连接有脉冲阻尼器。

4.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于：工件装配台为Z轴升降台，所述工件装配台上设有固定待抛光工件的真空吸盘；所述运动平台为XY轴平移台。

5.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于：所述工件装配台和运动平台均安装于四周开设有隔振沟的地基上，地基上设有凸台，所述运动平台下方设可调垫铁，可调垫铁与凸台间设有垫片。

6.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于：所述工件装配台和运动平台均安装于四周开设有隔振沟的地基上，地基上设有凸台，所述运动平台下方设可调垫铁，可调垫铁与凸台间设有垫片。

7.一种用权利要求1～6中任一项所述的加工装置对KDP晶体进行抛光加工的方法，包括以下步骤：

（1）在所述工件装配台上通过真空吸盘固定待抛光加工的KDP晶体；

（2）以纯水作为潮解反应剂，并与有机溶剂、乙醇混配得到反应液，在所述蠕动泵的作用下将反应液从所述储液罐输送到运动平台上设置的喷嘴处，并由喷嘴喷射至KDP晶体的表面，将KDP晶体的潮解去除限制在喷嘴接触的区域内，通过喷嘴在KDP晶体表面的扫描实现对KDP晶体的确定性加工；

（3）以反应液中乙醇挥发得到的温度梯度实现Marangoni效应来消除KDP晶体表面的反应液残留，与此同时，所述储液罐通过真空发生器实现的负压使从喷嘴处回收的反应液回流至储液罐中。

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