CN102886745B - 基于热加速腐蚀的射流研抛机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于热加速腐蚀的射流研抛机构，主要解决了现有光学元件，尤其是非球面光学元件加工时成本较高，加工效率较低的问题。基于控制腐蚀的光学元件加工机构，包括被加工件固定装置和用于提供加工运动轨迹的执行装置、用于储存腐蚀液的储液装置、用于加热腐蚀液的加热装置、用于控制腐蚀液加热温度和加工运动轨迹的控制装置。本发明效率高，射流溶液从腐蚀液逐渐过渡到水，腐蚀液的引入及温度控制变量的引入，大幅提高了射流技术的材料去除能力，可以实现非球面的铣磨。
Description
技术领域
本发明涉及一种研磨、抛光机构，该装置适用于非球面光学元件的高效加工。
背景技术
非球面光学元件具有矫正多种像差，改善成像质量，简化光学系统并扩大视场等诸多优点，在军用和民用领域众多的光电产品中已得到广泛应用。但非球面光学元件的加工仍然存在设备昂贵、精度低、效率低下等问题，严重制约了相关产业和科研项目的发展。
子孔径抛光技术是针对非球面的加工困难提出的一种定量抛光技术。由于其加工的确定性和广泛性，目前该技术已成为各大光学加工车间主要的加工手段。
磨料水射流技术是基于子孔径抛光技术提出的绿色加工方式。和传统加工方法相比，磨料水射流技术具有加工时无工具磨损、无热影响，反作用力小、加工柔性高等优点，目前已被广泛应用到多种加工行业，用于加工陶瓷、石英、复合材料等多种材料。但由于射流口径小，加工效率问题一直是困扰该技术广泛应用的主要因素。
发明内容
本发明提供一种基于热加速腐蚀的射流研抛机构，主要解决了现有光学元件，尤其是非球面光学元件加工时成本较高，加工效率较低的问题。
本发明的具体技术解决方案是：
基于控制腐蚀的光学元件加工机构，包括被加工件固定装置和用于提供加工运动轨迹的执行装置、用于储存腐蚀液的储液装置、用于加热腐蚀液的加热装置、用于控制腐蚀液加热温度和加工运动轨迹的控制装置；所述执行装置上设置有喷嘴，储液装置通过连接管道依次与加热装置和喷嘴连接。
上述控制装置包括依次连接的温度控制器、工业PC和执行装置控制器；所述温度控制器和加热装置连接，执行装置控制器和执行装置连接。
上述执行装置是6轴工业机器人或机械手臂。
上述储液装置和加热装置之间设置有用于过滤杂质的过滤器。
上述喷嘴与被加工件之间的距离在加工时保持恒定。
上述被加工件固定装置、执行装置和储液装置均设置于密闭空间内。
上述喷嘴与被加工件之间的距离在加工时保持恒定。
本发明的优点在于：
1、效率更高。射流溶液从腐蚀液逐渐过渡到水，腐蚀液的引入及温度控制变量的引入，大幅提高了射流技术的材料去除能力，可以实现非球面的铣磨。而最终过渡到水溶液，保证了高精度面型和优异的表面质量。
2、因为工具和工件之间没有刚性接触，可以使用工业机器人来实现喷嘴的运动控制，如此将减少专用设备的制造成本。
附图说明
图1为基于该方法的加工流程图；
其中：1为6轴工业机器人，2为喷嘴，3为被加工件，4为密闭室，5为储液装置，6为过滤器，7为工业机器人控制器，8为工业PC，9为温度控制器，10为加热装置，11为泵。
具体实施方式
本发明克服了磨料水射流的缺陷，把化学腐蚀原理引入到射流光学加工中，并增加温度控制变量对化学腐蚀进行加速，实现高效的子孔径的环带修抛；磨料腐蚀液射流来进行光学元件加工，其中主要依靠化学腐蚀来进行材料去除，磨粒进行表面平坦化。
通过对腐蚀液加热的方法，可以加速化学腐蚀速率，从而解决传统磨料水射流加工效率低的问题；温度控制可以为恒温或者变温，恒温下只是通过控制各环带的驻留时间来实现不同环带的材料去除，而变温可以平衡加工时间，从而提高加工效率。
以下结合附图对本发明的一实施例进行说明：
参照图1，基于热加速腐蚀的射流研抛机构包括被加工件固定装置和用于提供加工运动轨迹的执行装置、用于储存腐蚀液的储液装置、用于加热腐蚀液的加热装置、用于控制腐蚀液加热温度和加工运动轨迹的控制装置；执行装置上设置有喷嘴，储液装置通过连接管道依次与加热装置和喷嘴连接。
被加工件3倒置并连至固定装置上，固定装置一侧设置被加工件，另一侧与旋转主轴固定连接；腐蚀液可以实现闭环循环利用，在储液装置中倒入与被加工件适配的腐蚀液，经过过滤器、加热装置和泵后，通过喷嘴作用在被加工工件上，然后腐蚀液夹杂被腐蚀掉的工件材料重新落入到储液装置中。喷嘴的运动控制是通过工业机器人来实现的。由于本发明的核心就是利用腐蚀液，因此应注意腐蚀液对其它部件的影响，包括工业机器人、储液装置、管道等都要进行防腐蚀处理。另外应小心腐蚀液对加工者的影响，因此加工过程中，应使用密闭室来进行隔绝。
在进行光学加工时，根据被加工元件的轮廓，计算出运动轨迹上各点的温度与驻留时间；然后生成机器人控制指令，对反射镜进行循环轮廓检测和磨料腐蚀液的射流研抛，直至面型精度RMS达到λ/10，再过渡到常规的磨料水射流，循环往复直至面型精度达到加工要求；同时，为了实现射流喷射到光学元件的温度恒定，要求腐蚀液流速恒定，且喷嘴到工件表面的距离恒定；加工过程中光学元件固定不动，通过控制喷嘴的运动(要求五轴联动)对光学元件按事先规划的轨迹进行加工，通过控制腐蚀液的温度，及任一点的驻留时间，完成元件表面定量的材料去除；当被加工光学工件腐蚀研抛达到一定精度后，过渡到常规的磨料水射流抛光，实现最终的面型和光滑表面。
Claims (6)
1.一种基于控制腐蚀的光学元件加工机构，包括被加工件固定装置，其特征在于：还包括用于提供加工运动轨迹的执行装置、用于储存腐蚀液的储液装置、用于加热腐蚀液的加热装置、用于控制腐蚀液加热温度和加工运动轨迹的控制装置；所述执行装置上设置有喷嘴，储液装置通过连接管道依次与加热装置和喷嘴连接。
2.根据权利要求1所述的基于控制腐蚀的光学元件加工机构，其特征在于：所述控制装置包括依次连接的温度控制器、工业PC和执行装置控制器；所述温度控制器和加热装置连接，执行装置控制器和执行装置连接。
3.根据权利要求2所述的基于控制腐蚀的光学元件加工机构，其特征在于：所述执行装置是6轴工业机器人或机械手臂。
4.根据权利要求3所述的基于控制腐蚀的光学元件加工机构，其特征在于：所述储液装置和加热装置之间设置有用于过滤杂质的过滤器。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于控制腐蚀的光学元件加工机构，其特征在于：所述被加工件固定装置、执行装置和储液装置均设置于密闭空间内。
6.根据权利要求5所述的基于控制腐蚀的光学元件加工机构，其特征在于：所述喷嘴与被加工件之间的距离在加工时保持恒定。
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