CN103322938B - 一种光学元件定点蚀刻及观测装置 - Google Patents

Abstract

一种光学元件定点蚀刻及观测装置，涉及光学元件。设有支架、三维移动平台、三维移动平台直线电机、光学元件夹具、蚀刻结构、伺服电机、Z轴承载板、显微镜和计算机；三维移动平台设于支架上方，光学元件夹具安装于支架上端台面上，蚀刻结构设有蚀刻头和蚀刻液容器，蚀刻液容器设有蚀刻液进口阀门，蚀刻头安装于蚀刻液容器的蚀刻液出口端，蚀刻头下端设有蚀刻液出口，蚀刻液出口与蚀刻液容器连通，伺服电机安装在Z轴承载板上，Z轴承载板安装于三维移动平台上，伺服电机输出轴与固连有接板，显微镜与蚀刻结构固于连接板的两端，计算机内安装有运动控制卡，计算机与三维移动平台直线电机电连接，三维移动平台直线电机输出轴接三维移动平台。

Description

一种光学元件定点蚀刻及观测装置

技术领域

本发明涉及光学元件，尤其是涉及可实现光学元件的局部蚀刻和定点观测的一种光学元件定点蚀刻及观测装置。

背景技术

材料加工过程中难以避免地会引入包括裂纹层和残余应力层在内的亚表面损伤，这将直接影响到零件的使用性能和寿命等重要性能指标([1]李改灵，孙开元，冯仁余等.亚表面损伤机理及常用测量方法研究[J].煤矿机械,2008,(29):99-100)，对亚表面损伤深度的无损、快速和准确的检测是去除亚表面损伤的基础。

目前，对光学元件亚表面损伤检测的方法主要分为破坏性和非破坏性两种([2]项震，赵亚洲，侯晶等.减少光学元件亚表面缺陷的方法研究[J].光子学报，2009,38(5):1226-1230)。破坏性方法中所采用的化学蚀刻法操作简便、成本低廉、直观性强，适用于未知形貌的亚表面损伤形貌检测([3]王卓，吴宇列，戴一帆等.光学材料抛光亚表面损伤检测机材料去除机理[J].国防科技大学学报，2009,31(2):107～111)，是亚表面损伤检测技术中最基本、最有效的一种测量手段。但是传统的化学蚀刻方法需要对光学元件进行整体蚀刻，当蚀刻完成后采用显微镜对光学元件整体表面及亚表面形貌进行显微观测和对比时，由于显微镜观测范围有限，因此测量元件亚表面损伤形貌及深度需要耗费大量时间和精力。

发明内容

本发明的目的是提供可对光学元件局部区域进行定点蚀刻和定点观测，省时省力的一种光学元件定点蚀刻及观测装置。

本发明设有支架、三维移动平台、三维移动平台直线电机、光学元件夹具、蚀刻结构、伺服电机、Z轴承载板、显微镜和计算机；

三维移动平台设于支架上方，光学元件夹具安装于支架上端台面上，蚀刻结构设有蚀刻头和蚀刻液容器，蚀刻液容器设有蚀刻液进口阀门，蚀刻头安装于蚀刻液容器的蚀刻液出口端，蚀刻液出口与蚀刻液容器连通，伺服电机安装在Z轴承载板上，Z轴承载板安装于三维移动平台上，伺服电机输出轴固连有连接板，显微镜与蚀刻结构分别固定于该连接板的两端，计算机内安装有运动控制卡，计算机与三维移动平台直线电机电连接，三维移动平台直线电机输出轴与三维移动平台连接。

所述蚀刻液出口的两侧最好包裹有光刻胶，光刻胶用于防止蚀刻过程中蚀刻液向两侧流动。

所述蚀刻液容器内最好设有过滤器，该过滤器用于对进入蚀刻液容器内的蚀刻液进行过滤，保证流淌到光学元件表面的蚀刻液的纯度。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

蚀刻前，用轮廓仪对待蚀刻的光学元件进行全面测量，通过分析其表面粗糙度及中频误差分布，找到局部质量较差区域，并将轮廓仪测得数据读入计算机中。然后将光学元件放置于光学元件夹具中间，计算机分析读入的数据，计算机根据程序控制，通过三维移动平台直线电机驱动三维移动平台运动，带动蚀刻头移动至元件质量较差的区域，并驱动Z轴承载板运动带动蚀刻头向下靠近待测区域直至接触到光学元件，根据蚀刻时间调整蚀刻液进口阀门，控制蚀刻液的流量和流速。蚀刻液容器内有过滤器，过滤器可对蚀刻液进行过滤，保证流淌到元件表面的蚀刻液的纯度。既可以保证蚀刻液的密封性又可以保证旋转后蚀刻液不泄漏。蚀刻头下端设有蚀刻液出口，保证蚀刻液沿蚀刻液出口向下流动至光学元件表面，蚀刻液出口两侧为用光刻胶包裹的部分，可防止蚀刻过程中蚀刻液向两侧流动，并与光学元件实现软接触。蚀刻完成后，驱动Z轴承载板向上运动，调整蚀刻结构的高度，通过伺服电机驱动显微镜与蚀刻结构实现旋转切换，调整显微镜的高度进行调焦，直接观测蚀刻后光学元件的形貌。蚀刻及观测过程中光学元件保持静止，避免由于光学元件移动带来的测量不准确和误差。

由此可见，本发明可对光学元件局部质量较差区域进行定点蚀刻和定点观测，蚀刻至该区域亚表面损伤完全消失，得到亚表面损伤深度值。蚀刻及观测过程光学元件保持静止，避免由于光学元件移动带来的测量不准确和误差。可达到省时省力的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的结构及蚀刻状态示意图。

图2是本发明实施例的蚀刻结构示意图。

图3是本发明实施例的结构及显微观测状态示意图。

具体实施方式

参见图1～3，本发明实施例设有支架7、三维移动平台1、三维移动平台直线电机(未画出)、光学元件夹具8、蚀刻结构2、伺服电机6、Z轴承载板5、显微镜3和计算机4；

三维移动平台1设于支架7上方，光学元件夹具8安装于支架7上端台面上，蚀刻结构2设有蚀刻头9和蚀刻液容器10，蚀刻液容器10设有蚀刻液进口阀门11，蚀刻液容器10内设有过滤器12，蚀刻头9安装于蚀刻液容器10的蚀刻液出口13，蚀刻液出口13的两侧最好包裹有光刻胶14，蚀刻头9下端设有蚀刻液出口13，蚀刻液出口13与蚀刻液容器10连通，伺服电机6安装在Z轴承载板5上，Z轴承载板5安装于三维移动平台1上，伺服电机6输出轴与连接板16连接，显微镜3与蚀刻结构2分别固于连接板16的两端，计算机4内安装有运动控制卡，计算机4与三维移动平台直线电机电连接，三维移动平台直线电机输出轴与三维移动平台1连接。

本实施例的工作原理如下：

蚀刻前，用轮廓仪对待蚀刻的光学元件15进行全面测量，通过分析其表面粗糙度及中频误差分布，找到局部质量较差区域，并将轮廓仪测得数据读入计算机4中。然后将光学元件15放置于光学元件夹具中间，计算机4分析读入的数据，计算机根据程序控制，通过三维移动平台直线电机驱动三维移动平台1运动，带动蚀刻头9移动至元件质量较差的区域，并驱动Z轴承载板5运动带动蚀刻头9向下靠近待测区域直至接触到光学元件15，根据蚀刻时间调整阀门11，控制蚀刻液的流量和流速。蚀刻液容器10内有过滤器12，过滤器12可对蚀刻液进行过滤，保证流淌到元件表面的蚀刻液的纯度。既可以保证蚀刻液的密封性，又可以保证旋转后蚀刻液不泄漏。蚀刻头9下端设有蚀刻液出口13，保证蚀刻液沿蚀刻液出口13向下流动至光学元件15表面，蚀刻液出口1两侧为用光刻胶14包裹的部分，可防止蚀刻过程中蚀刻液向两侧流动，并与光学元件15实现软接触。蚀刻完成后，驱动Z轴承载板5向上运动，调整蚀刻结构2的高度，伺服电机6驱动连接板16旋转实现显微镜3与蚀刻结构2的切换，调整显微镜3的高度进行调焦，直接观测蚀刻后光学元件15的形貌。蚀刻及观测过程中光学元件15保持静止，避免由于光学元件15移动带来的测量不准确和误差。

由此可见，本发明可对光学元件15局部质量较差区域进行定点蚀刻和定点观测，蚀刻至该区域亚表面损伤完全消失，得到亚表面损伤深度值。蚀刻及观测过程光学元件保持静止，避免由于光学元件移动带来的测量不准确和误差。此外，可达到省时省力的效果。

Claims (2)

1.一种光学元件定点蚀刻及观测装置，其特征在于：设有支架、三维移动平台、三维移动平台直线电机、光学元件夹具、蚀刻结构、伺服电机、Z轴承载板、显微镜和计算机；

三维移动平台设于支架上方，光学元件夹具安装于支架上端台面上，蚀刻结构设有蚀刻头和蚀刻液容器，蚀刻液容器设有蚀刻液进口阀门，蚀刻头安装于蚀刻液容器的蚀刻液出口端，蚀刻液出口与蚀刻液容器连通，伺服电机安装在Z轴承载板上，Z轴承载板安装于三维移动平台上，伺服电机输出轴固连有连接板，显微镜与蚀刻结构分别固定于该连接板的两端，计算机内安装有运动控制卡，计算机与三维移动平台直线电机电连接，三维移动平台直线电机输出轴与三维移动平台连接；

所述蚀刻液出口的两侧包裹有光刻胶。

2.如权利要求1所述的一种光学元件定点蚀刻及观测装置，其特征在于：所述蚀刻液容器内设有过滤器。