CN103231297A - 大口径光学零件的大气等离子体加工方法 - Google Patents

大口径光学零件的大气等离子体加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103231297A
CN103231297A CN2013101770803A CN201310177080A CN103231297A CN 103231297 A CN103231297 A CN 103231297A CN 2013101770803 A CN2013101770803 A CN 2013101770803A CN 201310177080 A CN201310177080 A CN 201310177080A CN 103231297 A CN103231297 A CN 103231297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
gas
processed
power supply
frequency power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101770803A
Other languages
English (en)
Inventor
王波
金会良
姚英学
李娜
车琳
辛强
金江
李铎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN2013101770803A priority Critical patent/CN103231297A/zh
Publication of CN103231297A publication Critical patent/CN103231297A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

大口径光学零件的大气等离子体加工方法，本发明属于光学加工领域。它是为了解决传统的机械抛光技术存在的低加工效率而无法满足光学领域对大口径光学元件的大批量需求的问题。包括：步骤一：将大气等离子旋转电极设置在密封罩内；步骤二：将密封罩的上端绝缘连接工作轴上，将待加工光学零件装卡在工作平台上；步骤三：使大气等离子旋转电极靠近待加工光学零件的待加工表面；步骤四：预热射频电源并打开混合等离子体气源；步骤五：启动射频电源；步骤六：用上述产生的大气等离子体对零件表面进行加工；步骤七：取出待加工光学零件。本发明采用了旋转电极与加工零件之间的放电间隙产生等离子体，是非接触式化学加工方法，避免了机械加工中产生的损伤层。

Description

大口径光学零件的大气等离子体加工方法
技术领域
本发明属于光学加工领域。
背景技术
计算机控制光学表面成形技术CCOS (Computer Controlled Optical Surfacing)，是20世纪70年代发展起来的一项光学加工技术。CCOS技术随着计算机技术的发展进一步完善，大大推动了光学零件制造技术的发展，特别是在大口径、高精度非球面的抛光加工中降低了对操作者经验技术的要求，并提高了重复性。
目前，大口径光学零件加工主要采用基于CCOS原理的抛光研磨头或抛光头的小工具抛光。抛光过程属于接触式加工，主要依靠微细磨粒的机械作用使加工材料发生塑性变形来实现去除加工，在小工具抛光头和零件表面存在有一定的压力，所以不可避免地在光学元件表面存在划痕、位错、微裂纹、变质层等表面和亚表面损伤现象，对光学系统的稳定性和使用性能及寿命产生直接的影响。为了减小表面损伤层对光学零件的影响，机械抛光工艺对大口径光学元件进行多周期的微量去除，导致超精密抛光加工效率大大降低，其加工周期可能长达数月甚至数年。例如美国直径为500mm的抛物面反射镜，加工周期为3个月，直径2.5m虎克望远镜，加工周期为6年，帕洛玛5m望远镜先后花费14年，传统的机械抛光技术存在的低效率问题日益突出，已经满足不了光学领域对大口径光学元件的大批量需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大口径光学零件的大气等离子体加工方法，为了解决传统的机械抛光技术存在的低加工效率而无法满足光学领域对大口径光学元件的大批量需求的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种大口径光学零件的大气等离子体加工方法，它的步骤方法是：
步骤一：将大气等离子旋转电极设置在密封罩内，密封罩的下端有开口，使密封罩的内腔通过气管与混合等离子体气源导气连通，使大气等离子旋转电极与射频电源的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极； 
步骤二：将密封罩的上端绝缘连接在龙门加工机床的竖直运动工作平台上，将待加工光学零件装卡在龙门加工机床的水平运动工作平台上；将龙门加工机床的工作平台与射频电源相连并接地作为大气等离子体放电的阴极；
步骤三：使大气等离子旋转电极靠近待加工光学零件的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，间隙范围为：100μm～3mm；
步骤四：预热射频电源，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源，混合等离子体气源包含反应气体、等离子体激发气体和辅助气体，使等离子体激发气体的流量为1升/分钟~40升/分钟，反应气体与等离子体激发气体的流量比为1：10~1：1000；辅助气体与反应气体的流量比为1：10~1：1；
步骤五：当大气等离子旋转电极和待加工光学零件的待加工表面之间的区域内充满等离子体激发气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动射频电源，逐步增加射频电源的功率，使功率达到200W~500W，同时控制射频电源的反射功率为零，在射频电源工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使大气等离子旋转电极和待加工光学零件的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；
步骤六：根据去除量的要求，控制大气等离子旋转电极的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述步骤产生的大气等离子体对零件表面进行加工；
步骤七：待加工完成后，关闭射频电源的电源，关闭混合等离子体气源，取出待加工光学零件，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法采用了旋转电极与加工零件之间的放电间隙产生等离子体，是非接触式化学加工方法，避免了机械加工中产生的损伤层；
2. 在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，高速旋转的电极使进入电极和零件之间放电区域的反应气体大大增加，使电离出活性离子的浓度增强，大大提高大口径光学零件的加工效率，缩短加工周期；
3.在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，高速旋转的电极有利于反应产物及时脱离零件表面，提高表面质量，同时高速旋转的电极也降低了加工区域的温度，具备冷却作用；
4.在本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法中，属于非接触式的加工方法，在加工零件边缘时去除函数也不会发生变化，不存在边缘效应问题，提高了加工精度和面形收敛速度；
5.本发明的大口径光学零件大气等离子体加工方法是在大气环境下激发产生的等离子体，摆脱了真空等离子体加工对零件尺寸的限制，极大地降低了加工成本。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，它的步骤方法是：
步骤一：将大气等离子旋转电极1设置在密封罩2内，密封罩2的下端有开口2-1，使密封罩2的内腔通过气管2-2与混合等离子体气源3导气连通，使大气等离子旋转电极1与射频电源4的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极； 
步骤二：将密封罩2的上端绝缘连接在龙门加工机床5的竖直运动工作平台5-2上，将待加工光学零件6装卡在龙门加工机床5的水平运动工作平台5-1上；将龙门加工机床5的工作平台5-1与射频电源4相连并接地作为大气等离子体放电的阴极；
步骤三：使大气等离子旋转电极1靠近待加工光学零件6的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，间隙范围为：100μm～3mm；
步骤四：预热射频电源4，预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源3，混合等离子体气源3包含反应气体、等离子体激发气体和辅助气体，使等离子体激发气体的流量为1升/分钟~40升/分钟，反应气体与等离子体激发气体的流量比为1：10~1：1000；辅助气体与反应气体的流量比为1：10~1：1；
步骤五：当大气等离子旋转电极1和待加工光学零件6的待加工表面之间的区域内充满等离子体激发气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动射频电源4，逐步增加射频电源4的功率，使功率达到200W~500W，同时控制射频电源4的反射功率为零，在射频电源4工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使大气等离子旋转电极1和待加工光学零件6的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；
步骤六：根据去除量的要求，控制大气等离子旋转电极1的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述步骤产生的大气等离子体对零件表面进行加工；
步骤七：待加工完成后，关闭射频电源4的电源，关闭混合等离子体气源3，取出待加工光学零件6，对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。
所述大气等离子旋转电极1为轮型电极、球型电极、圆柱型电极或片状电极；所述大气等离子旋转电极1的材质为铝，并在表面镀有一层厚度为1-3μm的氧化膜。
所述龙门加工机床5为龙门铣床或龙门刨床。
所述的龙门加工机床5的竖直运动工作平台5-2由一个竖直运动模块和小范围摆动模块组成；竖直运动模块的运动行程范围为：0-200mm，摆动模块的摆动范围为：-45°~ +45°。
所述射频电源4的频率为13.56MHz或27.12MHz，最大功率为2KW。
所述混合等离子体气源3为三元气体混合系统，供气流量为20-100L/min。
所述待加工光学零件6的材质可为石英玻璃、超低膨胀玻璃、微晶玻璃、碳化硅。
所述混合等离子体气源3中的大气等离子体激发气体为氦气或氩气；反应气体为六氟化硫、四氟化碳或三氟化氮；辅助气体为氧气、氢气或氮气。
工作原理：由射频电源4输出端连接大气等离子旋转电极1作为大气等离子体放电的阳极，零件工作台接地作为大气等离子体放电的地电极，由混合等离子体气源3提供的产生大气等离子体的激发气体充满旋转电极和零件之间的间隙，由射频电源4提供输出电能，在大气等离子旋转电极1和待加工光学零件6的放电间隙产生等离子体，同时反应气体被激发，产生具有反应活性的原子与待加工光学零件6的表面发生化学反应，并生成挥发性的反应产物被旋转的等离子体电极带离零件表面，由此实现对大口径光学零件的无损伤快速加工。

Claims (4)

1.大口径光学零件的大气等离子体加工方法，其特征在于它的步骤方法是：
步骤一：将大气等离子旋转电极（1）设置在密封罩（2）内，密封罩（2）的下端有开口（2-1），使密封罩（2）的内腔通过气管（2-2）与混合等离子体气源（3）导气连通，使大气等离子旋转电极（1）与射频电源（4）的输出端连接作为大气等离子体放电的阳极； 
步骤二：将密封罩（2）的上端绝缘连接在龙门加工机床（5）的竖直运动工作平台（5-2）上，将待加工光学零件（6）装卡在龙门加工机床（5）的水平运动工作平台（5-1）上；将龙门加工机床（5）的工作平台（5-1）与射频电源（4）相连并接地作为大气等离子体放电的阴极；
步骤三：使大气等离子旋转电极（1）靠近待加工光学零件（6）的待加工表面，并使它们之间保持一定的放电间隙，间隙范围为：100μm～3mm；
步骤四：预热射频电源（4），预热时间为5-10分钟；然后打开混合等离子体气源（3），混合等离子体气源（3）包含反应气体、等离子体激发气体和辅助气体，使等离子体激发气体的流量为1升/分钟~40升/分钟，反应气体与等离子体激发气体的流量比为1：10~1：1000；辅助气体与反应气体的流量比为1：10~1：1；
步骤五：当大气等离子旋转电极（1）和待加工光学零件（6）的待加工表面之间的区域内充满等离子体激发气体、反应气体与辅助气体的混合气体后，启动射频电源（4），逐步增加射频电源（4）的功率，使功率达到200W~500W，同时控制射频电源（4）的反射功率为零，在射频电源（4）工作的过程中持续稳定的通入混合气体，使大气等离子旋转电极（1）和待加工光学零件（6）的待加工表面之间的放电区域产生稳定的等离子体放电；
步骤六：根据去除量的要求，控制大气等离子旋转电极（1）的运动轨迹和在零件表面的驻留时间，用上述步骤产生的大气等离子体对零件表面进行加工；
步骤七：待加工完成后，关闭射频电源（4）的电源，关闭混合等离子体气源（3），取出待加工光学零件（6），对加工去除深度进行测量，以判断是否达到加工要求。
2.根据权利要求1所述的大口径光学零件的大气等离子体加工方法，其特征在于所述的龙门加工机床（5）的竖直运动工作平台（5-2）由一个竖直运动模块和小范围摆动模块组成；竖直运动模块的运动行程范围为：0-200mm，摆动模块的摆动范围为：-45°~ +45°。
3.根据权利要求1所述的大口径光学零件的大气等离子体加工方法，其特征在于所述大气等离子旋转电极（1）为轮型电极、球型电极、圆柱型电极或片状电极；所述大气等离子旋转电极（1）的材质为铝，并在表面镀有一层厚度为1-3μm的氧化膜。
4.根据权利要求1所述的大口径光学零件的大气等离子体加工方法，其特征在于所述混合等离子体气源（3）中的大气等离子体激发气体为氦气或氩气；反应气体为六氟化硫、四氟化碳或三氟化氮；辅助气体为氧气、氢气或氮气。
CN2013101770803A 2013-05-14 2013-05-14 大口径光学零件的大气等离子体加工方法 Pending CN103231297A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101770803A CN103231297A (zh) 2013-05-14 2013-05-14 大口径光学零件的大气等离子体加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101770803A CN103231297A (zh) 2013-05-14 2013-05-14 大口径光学零件的大气等离子体加工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103231297A true CN103231297A (zh) 2013-08-07

Family

ID=48879404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101770803A Pending CN103231297A (zh) 2013-05-14 2013-05-14 大口径光学零件的大气等离子体加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103231297A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103831675A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 中国科学院光电技术研究所 一种大口径光学元件的离子束加工装置及方法
CN105643394A (zh) * 2016-01-14 2016-06-08 长春设备工艺研究所 一种中大口径非球面光学元件高效高精度先进制造技术工艺流程
CN110465835A (zh) * 2019-07-24 2019-11-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种单晶硅柱面元件的加工方法
CN110744148A (zh) * 2019-11-18 2020-02-04 洪新阳 一种抛光精度高的齿轮抛光设备

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05138521A (ja) * 1991-11-22 1993-06-01 Olympus Optical Co Ltd 非球面の創成装置および方法
JP2001269849A (ja) * 2000-03-23 2001-10-02 Olympus Optical Co Ltd 光学素子の球面研磨装置及び球面研磨方法
KR20020026705A (ko) * 2000-10-02 2002-04-12 우형철 다공성 전극을 이용하는 상압 플라즈마 장치
CN101032802A (zh) * 2007-04-11 2007-09-12 哈尔滨工业大学 常压等离子体抛光方法
CN101659568A (zh) * 2009-09-23 2010-03-03 哈尔滨工业大学 WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法
CN102744652A (zh) * 2012-07-19 2012-10-24 哈尔滨工业大学 大面积平面光学零件加工装置及加工方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05138521A (ja) * 1991-11-22 1993-06-01 Olympus Optical Co Ltd 非球面の創成装置および方法
JP2001269849A (ja) * 2000-03-23 2001-10-02 Olympus Optical Co Ltd 光学素子の球面研磨装置及び球面研磨方法
KR20020026705A (ko) * 2000-10-02 2002-04-12 우형철 다공성 전극을 이용하는 상압 플라즈마 장치
CN101032802A (zh) * 2007-04-11 2007-09-12 哈尔滨工业大学 常压等离子体抛光方法
CN101659568A (zh) * 2009-09-23 2010-03-03 哈尔滨工业大学 WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法
CN102744652A (zh) * 2012-07-19 2012-10-24 哈尔滨工业大学 大面积平面光学零件加工装置及加工方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李娜，王波等: "微结构光学零件的大气等离子数控加工", 《光学精密工程》 *
杨允利: "大气等离子数控加工方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库-工程科技I辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103831675A (zh) * 2014-03-19 2014-06-04 中国科学院光电技术研究所 一种大口径光学元件的离子束加工装置及方法
CN105643394A (zh) * 2016-01-14 2016-06-08 长春设备工艺研究所 一种中大口径非球面光学元件高效高精度先进制造技术工艺流程
CN105643394B (zh) * 2016-01-14 2018-12-11 长春设备工艺研究所 一种中大口径非球面光学元件高效高精度先进制造技术工艺流程
CN110465835A (zh) * 2019-07-24 2019-11-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种单晶硅柱面元件的加工方法
CN110744148A (zh) * 2019-11-18 2020-02-04 洪新阳 一种抛光精度高的齿轮抛光设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102744652B (zh) 大面积平面光学零件加工装置及加工方法
CN100462199C (zh) 常压等离子体抛光方法
CN101659568B (zh) WC、SiC光学模压模具的大气等离子体化学加工方法
CN100406197C (zh) 常压等离子体抛光装置
CN103231297A (zh) 大口径光学零件的大气等离子体加工方法
CN104108054B (zh) 大型复杂金属表面等离子体与脉冲放电复合抛光加工装置
CN103273180B (zh) 自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工方法
CN103465114A (zh) 一种针对熔石英光学元件进行抛光的方法及其装置
CN102730945A (zh) 大面积接触式等离子体放电加工熔石英加工装置
CN108081070A (zh) 一种数控小工具抛光辅助大气等离子体加工方法
CN103227093A (zh) 适用于大口径非球面光学零件的大气等离子体加工装置
CN103237402B (zh) 大气等离子体加工装置
CN104916519B (zh) 一种火抛光辅助电感耦合等离子体加工装置
CN101596641A (zh) 大气低温等离子体化学修整金刚石刀具表面缺陷的方法
CN104950355A (zh) 一种火抛光辅助电感耦合等离子体加工方法
CN103258710A (zh) 大气等离子体成形电极加工碳化硅密封环类零件的方法
CN103212755B (zh) 水电极大气等离子体加工回转零件方法
CN103212774B (zh) 自由曲面光学零件的大气等离子体数控加工的装置
CN210754163U (zh) 一种用于激光清洗的气体保护装置
CN103237406A (zh) 一种带有保护气体大气等离子体发生装置
CN103264414B (zh) 大气等离子体加工含微结构的碳化硅密封环类零件的装置
CN103231418B (zh) 模块化电极大气等离子体加工含微结构碳化硅密封环方法
CN103258709B (zh) 多个电极大气等离子体加工碳化硅密封环类零件的方法
CN103236392B (zh) 成型电极大气等离子体加工回转零件方法
CN103227092A (zh) 自由曲面微结构光学零件的大气等离子体加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130807