CN105195465B - 一种超声波‑兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波‑兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，覆盖低、中、高频超声波、兆声波频率，特别是针对光学元件的超洁净清洗要求，选择合适程序和工艺参数，能有效去除光学元件表面从微米级到纳米级的污染物。主要特征包括：设计了超声波溶液浸泡清洗槽、兆声波清洗槽和喷淋槽；采用了不同频率超声、兆声波，覆盖从微米到纳米尺寸的清洗需求；采用气缸带动工件在槽体中上下往复运动，结合超声、兆声波发生器的扫频功能，防止驻波场波节发生在工件表面固定区域，避免表面损伤；槽体采用溢流循环加热过滤；采用梯形锯齿型溢流边沿设计增加溢流前沿的总长度以获得均匀稳定的溢流；工件倾斜夹持装置配合风刀与慢提拉机构进行工件干燥。

Description

一种超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置

技术领域

本发明涉及一种超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，特别适用于大尺寸、高精度光学元件的超洁净清洗，频率覆盖低、中、高频和兆声频率，能够有效去除光学元件表面从微米级到纳米级尺度的有机、无机污染物。

背景技术

现代高精度光学系统对光学元件表面的洁净度要求越来越高，传统常规工艺加工的光学元件表面存在油污、微粒、人体污染等成分复杂的污染物。在激光陀螺的研制中，为了提高环形腔的闭锁阈值，要求环形腔的高反片具有极低损耗和很高的反射率，薄膜反射率甚至达到99.99%以上。由于光学基板表面微米、纳米级污染物引起的散射损耗是其中一种重要的损耗形式，光学表面微米级、纳米级颗粒会导致激光陀螺在运行中的等离子体放电损伤，严重影响激光陀螺的有效寿命。激光薄膜的损伤阈值一直是提高激光系统输出功率的制约因素之一，也是强激光技术进一步发展的瓶颈因素之一。薄膜元件表面的污染一方面会使光束质量发生变化，导致光束能量重新分布，另一方面会引起光学元件的局部吸收过高而引起损伤阈值下降，甚至破坏光学元件。因此必须对光学元件的基板表面洁净度提出严格的要求。

根据损伤机理的不同，将影响损伤阈值的因素分为微米级节瘤缺陷和纳米吸收中心，节瘤缺陷起源于基板表面或薄膜中间的某种种子源，种子源被后续的薄膜包裹，在薄膜表面形成的球冠状突起。种子源指的是形成节瘤的微米量级大小的杂质。节瘤区域与无节瘤区域界面的力学稳定性较差，在较高能量的激光辐照下，由于电场放大效应，使节瘤内部温度场分布不均，从而产生热应力，沿力学最薄弱的路径造成薄膜损伤。纳米吸收中心的损伤都是由纳米量级大小的吸收源（最小的吸收源粒径低于10nm）熔融或者等离子体化开始的。吸收源可能是抛光、研磨、清洗过程中残留在基板表面及亚表面的颗粒或者是未被完全氧化的金属纳米微颗粒。根据颗粒的尺度不同可将污染物分为如下三种：（1）数微米及以上数十微米的大尺度颗粒；（2）数百纳米至1μm的亚微米尺度颗粒；（3）纳米吸收中心。

通过镀膜前对基板的清洗，去除种子源和纳米吸收中心，能有效提高光学元件损伤阈值。对于高功率激光薄膜基板表面来说，常用的清洗方法有水合平面旋转法、RCA法和超声波清洗法。RCA法最早应用于半导体行业，属于湿法化学清洗中的最基础和最广泛使用的一种。另一种广泛使用的清洗技术是超声波清洗技术，其与精密制造工业密切相关。超声清洗设备基本由超声波发生器、超声换能器和清洗槽三部分组成。超声波发生器产生高频电信号，超声换能器将电能转化为机械能，清洗槽用来盛放清洗液，是超声波清洗装置的核心器件。

超声清洗的主要原理是超声空化效应。在空化作用过程中，连续不断地产生瞬间高压就像一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，可以击碎不溶性污染物使它们散落到清洗液中。冲击压力还可以使清洗液中的膜料粒子以极高的速度撞击工件表面和缝隙中的污垢，使其侵蚀而迅速剥落，从而达到元件表面净化的目的。空化作用产生的气泡必须达到一个不稳定的最小尺寸才会发生“爆炸”，如果气泡的生长局限在一个范围内，就只能形成振荡而无法发生“爆炸”，会大大降低超声波的作用。高频率的超声相比于低频率的超声，不需要太大的空间，更容易在靠近表面的位置产生空化的气泡。超声波的频率越高，产生的气泡尺寸就越小，如图1.2所示。高频产生的气泡尺寸较小，形状复杂的元件表面或者尺寸较小污染在高频下更容易被去除。

除了空化效应外，对清洗起作用的还有辐射压和声流。辐射压是大振幅声波在介质中传播时，对阻挡的物体产生压力；声流则是由于声场的存在而引起介质的流动，二者都能够起到搅拌作用。

超声波清洗的基本原理是当超声波通过液体冲击表面时，在靠近表面的位置处会形成一个超声边界层，气泡振动引起的微冲流在液体中运动，当表面的污染颗粒尺寸大于超声边界层的厚度，污染颗粒在边界层的部分会受到微冲流的作用，边界层的厚度与超声波频率成反比，由下式计算得到：

(1)

其中是液体的动粘滞系数，是超声波的振动频率。对于水，当超声波频率为40kHz时，边界层厚度为2.82μm，超声波频率为400 kHz时，边界层厚度为0.89μm，采用1400kHz的兆声波清洗时，边界层厚度为0.48μm。

边界层的尺寸决定了超声对不同尺寸微粒的清洗效率，超声波频率较低时，边界层厚度较大，较小的颗粒会“躲藏”在边界层里，微冲流难以接触，去除变得困难；反之，边界层厚度越小，微冲流对颗粒污染的接触面积就越大，越容易去除颗粒。

基于超声波清洗原理，开发了很多手动、自动超声波清洗机，有效地提高了产品的清洁度，在工业领域、精密光学制造领域得到了广泛的应用。常规超声波清洗机包括超声波清洗槽、漂洗槽，辅助装置还包括机械传动装置、清洗液回流过滤、温度控制装置、喷淋装置以及烘干设备等。

如专利“CN201320528237.8，一种光学镜片清洗机”，专利“CN201320528373.7，光学镜片清洗机”，都涉及到清洗机的设计，多槽清洗机如“CN200920075342.4，一种用于光学镜片镀膜前的超声波清洗机”和专利“CN200910055446.3一种用于光学镜片镀膜前的超声波清洗机及其处理方法”两种类似的多槽清洗机，装置特征：搬运装置上有移动梁，梁上均安装着抓钩，钩上挂着清洗篮；不同工序位有不同装置完成，它们是液体槽体配合摆动装置、脱水装置、干燥装置、完成各自工序。

但是，传统的化学溶液湿法清洗工艺和超声波清洗装置进行光学元件清洗、干燥时，由于受表面张力和黏度的限制，对极微小颗粒进行清洗的时候，很难彻底地清洗干净。特别是超声波清洗中超声波频率的限制，随着污染物尺寸的降低，清洗效率大大降低，难以有效去除对纳米级污染物颗粒的影响，目前尚未见到覆盖从微米级到纳米级污染微粒去除的全自动清洗装置的报道和专利。

为了解决传统清洗无法同时对微米级和纳米级微粒清洗，且大量耗水、污染环境等一系列问题，开发了超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，实现了对光学元件的全自动清洗，清洗试验表明，使用该装置清洗光学元件后，能够有效去除的元件表面的微米级、纳米级污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置。

本发明提出的一种超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，包括清洗槽框架1、槽位、控制柜11、机械臂12，所述清洗槽框架1是一个不锈钢整体框架，所述7个槽位和工件上架区和工件下架区位于清洗槽框架1内，自左向右7个槽位依次为溶液浸泡超声清洗槽位3、喷淋槽位4、溶液兆声清洗槽位5、第一超声波漂洗槽位6、第二超声波漂洗槽位7、兆声波漂洗脱水槽位8和干燥槽位9，清洗槽框架1的一端设有工件上架区2，另一端设有工件下架区10；所述清洗槽框架1上安装第一导轨13，所述机械臂12架设于第一导轨13上，使机械臂12能在导轨13上来回移动，到达不同槽位和工件上架区或工件下架区；控制柜11位于清洗槽框架1一侧，通过电缆分别连接位于溶液兆声清洗槽5内的超声发生器以及位于第一超声波漂洗槽位6内的兆声波发生器；所述溶液浸泡超声清洗槽位3、溶液兆声清洗槽位5、第一超声波漂洗槽位6和第二超声波漂洗槽位7均由槽体结构和工件上下往复运动支架组成，分别架设在清洗槽框架1上的槽位内；兆声波漂洗脱水槽位8由槽体结构和慢提拉机构组成，分别架设在清洗槽框架1上；

根据超声波边界层的尺寸，所述溶液浸泡超声清洗槽位3的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，所述溶液兆声清洗槽位5的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器，第一超声波漂洗槽位6的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，第二超声波漂洗槽位7的配置为80/120/140/170/220/270kHz的6频复合频率超声波发生器，兆声波漂洗脱水槽位8的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器，所有超声波发生器、兆声波发生器都具有扫频功能，频率扫描范围±5%；

所述槽体结构都包含液体溢流循环过滤加热结构，槽体结构包括主槽体14、储液槽15、循环水泵16、精密过滤器17、电磁阀和加热棒23，主槽体14采用四周为溢流边的槽体，一侧设有储液槽15，主槽体14内的水溢出后流进储液槽15；储液槽15上方一侧设有进水口，所述进水口上设有第一电磁阀18，下方设有出水口，所述出水口分别通过管道连接第二电磁阀19和第五电磁阀22，所述主槽体14侧面下端有出水管，所述出水管通过管道连接第四电磁阀21和所述第二电磁阀19通过管道依次连接循环水泵16和精密过滤器17，所述加热棒23位于储液槽15内；主槽体14内的水溢出后流进储液槽15；打开第二电磁阀19，关闭第三电磁阀20、第四电磁阀21和第五电磁阀22，使储液槽15内液体通过管道经循环水泵16和精密过滤器17进入主槽体14，并由主槽体14的溢流边回流到储液槽15，实现主槽体14和储液槽15之间液体的大循环，用于清除漂浮于水中的颗粒；打开第三电磁阀20，关闭第二电磁阀19、第四电磁阀21和第五电磁阀22，使主槽体14内液体通过管道经循环水泵16和精密过滤器17进入主槽体14，实现主槽体自循环，用于去除堆积于槽底的颗粒；第一电磁阀18控制储液槽15的进水，打开第四电磁阀21实现主槽体的排水，打开第二电磁阀19和第五电磁阀22实现储液槽的排水；加热棒23用于对储液槽内的液体加热，液体温度可在20℃～75℃之间调节，温度控制精度在±0.2℃。

本发明中，主槽体的上边沿采用梯形锯齿型四边溢流边，梯形锯齿的锯齿角度为60度，锯齿槽宽为5～10mm，锯齿齿宽5～10mm，锯齿深20～30mm。

本发明中，所述机械臂12由立柱27、横梁28、导轨滑块29、第一伺服电机30、第一滚珠丝杠31和吊钩32组成，立柱27通过导轨滑块29连接在第一导轨13上，并能沿着第一导轨13运动；横梁28上设有吊钩32，一端与第一滚珠丝杠31相连，并可沿着第一滚珠丝杠31上下运动，吊钩32用于勾住工件夹持工装，所述带有齿轮的第一伺服电机30驱动第一滚珠丝杠31，带动横梁28和横梁上的工件夹持工装沿着第一导轨13左右运动。

本发明中，所述工件上下往复运动支架由U型支架33、气缸34和第二导轨35组成，U型支架33位于气缸34上，U型支架33两端位于第二导轨35上，能沿着第二导轨35作上下往复运动。

本发明中，所述兆声波漂洗脱水槽位8上设有慢提拉机构，所述慢提拉机构由第二伺服电机36、减速机37、第二滚珠丝杠38、独立提升支架39和第三导轨40组成，独立提升支架39两端位于第三导轨40上，减速机37连接第二伺服电机36，第二伺服电机连接第二滚珠丝杠38。

本发明中，工件倾斜夹持工装由倾斜夹持固定架41、活动调节支架42和聚四氟乙烯夹持固定块43组成，活动调节支架42位于倾斜夹持固定架41上，聚四氟乙烯夹持固定块43位于倾斜夹持固定架41上，光学元件放置在倾斜夹持固定架41的聚四氟乙烯上的两个凹槽内，移动活动调节支架42，使活动调节支架42上的聚四氟乙烯夹持固定块43与倾斜夹持固定架41上的聚四氟乙烯凹槽共三点夹住光学元件，锁紧活动调节支架42，保持光学元件不能移动。

本发明中，清洗装置配备有大尺寸方型光学元件工件倾斜夹持工装，工件倾斜夹持工装与水平面的夹角为15～30度，夹持装置与工件采用线接触方式最大限度的避免了在慢提拉过程中在工件表面和顶部存留液体，也避免角度太大，加深超声波、兆声波清洗槽的深度从而导致超声波衰减。

本发明中，清洗装置配备有工件上架和下架小车，底部采用4个带有锁死机构的万向轮，清洗机上有限位传感器。

本发明的有益效果在于：

本发明涉及到的全自动水基清洗装置依托于传统湿法清洗技术，克服了现有装置的不足，在清洗装置设计中充分考虑到化学溶液对光学元件表面有机物的清洗作用，设计了溶液浸泡、超声清洗复合功能槽，浸泡过程中溶液进行循环过滤；根据超声波边界层的尺寸，采用了多种复合频率超声波、兆声波的发生器，频率覆盖低、中、高频和兆声频率，满足了从微米到纳米尺寸污染物的清洗去除需求；为了避免不同溶液之间、清洗槽与漂洗槽之间溶液的相互混合，特别设计了喷淋槽，在经过每一槽的清洗或漂洗工序后，工件进入喷淋槽进行同温度液体喷淋，然后再进入下一工序；采用了气缸带动工件在清洗槽、漂洗槽中上下往复运动，配合具有扫频功能的超声波发生器、兆声波发生器，防止超声声波产生的驻波场波节发生在工件表面固定区域，有效避免了共振产生的表面损伤；所有清洗槽、漂洗槽采用溢流循环加热过滤，能源利用率高，对过滤装置负担小；采用梯形锯齿边溢流设计，将薄壁形槽体在平面上做成梯形锯齿形布置以增加溢流前沿的总长度，使其液位稍微高出槽体边缘就能够获得均匀的溢流，便于调节溢流速度，又避免普通三角形锯齿边缘的锐角容易在操作过程中发生意外伤害，增加了安全性；工件倾斜夹持装置配合慢提拉机构进行工件脱水，在液面上方，采用风刀阻隔液面辅助干燥。清洗试验表明，通过设定程序和选择合适的超声波-兆声波清洗工艺参数，能够实现光学元件的全自动高效率清洗，使用该装置清洗光学元件后，能有效去除光学元件表面从微米级到纳米级的污染物。

附图说明

图1 （a）和（b）超声波-兆声波复合频率全自动水基清洗装置整体布置结构图。

图2 超声波、兆声波清洗槽和漂洗槽的超声波发生器配置图。

图3 清洗槽和漂洗槽的加热、溢流循环、过滤、进排水布局图。

图4 （a）和（b）清洗槽和漂洗槽的梯形锯齿溢流边沿设计示意图。

图5 （a）和（b）工件移动用机械臂。

图6 清洗槽和漂洗槽的工件上下往复运动支架。

图7 工件的慢提拉脱水机构图。

图8 工件倾斜夹持工装图。

图9 工件上架小车结构图。

图中标号：1是清洗槽框架，2是工件上架区（图中所示含有上架小车），3是溶液浸泡超声清洗槽位，4是喷淋槽位，5是溶液兆声清洗槽位、6是第一超声波漂洗槽位、7是第二超声波漂洗槽位、8是兆声波漂洗槽位、9是干燥槽位，10是工件下架区，11是控制柜，12是工件移动机械臂，13是第一导轨，14是主槽体，15是储液槽，16循环水泵，17是精密过滤器，18是第一电磁阀，19是第二电磁阀，20是第三电磁阀，21是第四电磁阀，22是第五电磁阀，23是加热棒，24是梯形锯齿溢流边沿锯齿齿宽，25是锯齿槽宽，26是锯齿深，27是立柱，28是横梁，29是导轨滑块，30是第一伺服电机，31是第一滚珠丝杠，32是吊钩，33是U型支架，34是气缸，35是第二导轨，36是第二伺服电机，37是减速机，38是第二滚珠丝杠，39是独立提升支架，40是第三导轨，41是倾斜夹持固定架，42是活动调节支架，43是聚四氟乙烯夹持固定块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

实施例1：图1（a）和（b）是超声波-兆声波复合水基全自动清洗装置槽体布置结构图，（a）是俯视图，（b）为正视图。从图1中可以看到该装置整合了水基化学溶液清洗、超声波清洗、兆声波清洗、超纯水喷淋、慢提拉脱水和风刀干燥技术，实现大尺寸光学零件的全自动清洗。槽体从左至右共有7个槽位和2个工件上下架区域，分别为清洗槽框架1、工件上架区2（图中所示含有上架小车）、溶液浸泡超声清洗槽位3、喷淋槽位4、溶液兆声清洗槽位5、第一超声波漂洗槽位6、第二超声波漂洗槽位7、兆声波漂洗脱水槽位8和干燥槽位9、工件下架区10、控制柜11、工件移动机械臂12（图中所示3个机械臂为同一个机械臂在不同位置时的情况）和第一导轨13。控制柜11里有复合频率超声波、兆声波发生器、电源控制单元、计算机控制单元，通过对控制设定清洗机的各个参数，能够实现光学零件的全自动清洗。装置所有7个槽位和2个工件上下架的位置位于一个不锈钢整体框架内，框架长7.5米；不锈钢框架上安装有机械臂移动的上下两排的第一导轨13，第一导轨13为不锈钢材质，上下导轨间距500毫米，的长7.5米。机械臂12通过导轨滑块架设在第一导轨13上，机械臂12通过驱动机构沿着第一导轨13到达不同槽体位置和工件上下架区；控制柜独立于整体框架之外，控制柜宽1.5米，高2米，通过电缆连接超声、兆声波发生器。为了避免不同溶液之间、清洗槽与漂洗槽之间溶液的相互混合，特别设计了喷淋槽，在经过每一槽的清洗或漂洗工序后，工件进入喷淋槽进行超纯水喷淋，然后再进入下一工序。超纯水喷淋的温度在30℃～75℃之间调节，温度控制精度在±0.2℃，喷淋流量在2升/秒～30升/秒之间调节。

图2是超声波-兆声波的发生器配置图。本专利所涉及到的超声波-兆声波复合频率全自动清洗装置的发生器频率的组合，装置的第一槽和第三槽为光学元件清洗工序槽，溶液浸泡超声波复合功能清洗槽的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，兆声波清洗槽的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器；清洗装置的第四槽、第五槽和第六槽为光学元件漂洗工序槽，第一超声波漂洗槽位6的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，第二超声波漂洗槽位7的配置为80/120/140/170/220/270kHz的6频复合频率超声波发生器，兆声波漂洗槽位8的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器，所有超声波发生器、兆声波发生器都具有扫频功能，扫频范围±5%。其特征根据超声波边界层的尺寸，配置了多款复合频率超声波、兆声波发生器，既覆盖了从微米到纳米尺寸的污染微粒清洗去除需求，又兼顾了经济性。

图3是超声波-兆声波清洗装置清洗槽和漂洗槽的加热循环过滤槽体的设计，整个槽体由主槽体14、储液槽15、循环水泵16、精密过滤器17、第一电磁阀18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第四电磁阀21、第五电磁阀22、加热棒23和进排水管道等装置组成。样品槽为梯形结构，长边深850mm，短边深750mm，宽300mm，长800mm。储液槽为长方体结构， 深600mm，长800mm，宽200mm。主槽体14为四周为溢流边的槽体，一侧设有储液槽15，主槽体14内的水溢出后流进储液槽15。主槽体14侧面下端有出水管连接电磁阀20，通过管道连接第二电磁阀19、循环水泵16和连接精密过滤器17，并通过管道进入主槽体14。打开第二电磁阀19，关闭第三电磁阀20、第四电磁阀21和第五电磁阀22，使储液槽15内液体通过管道经循环水泵16和连接精密过滤器17进入主槽体14，并由主槽体14的溢流边回流到储液槽15，实现主槽体14和储液槽15之间液体的大循环，用于清除漂浮于水中的颗粒。打开第三电磁阀20，关闭第二电磁阀19、第四电磁阀21和第五电磁阀22，使主槽体14内液体通过管道经循环水泵16和连接精密过滤器17进入主槽体14，实现主槽体自循环，用于去除堆积于槽底的颗粒。第一电磁阀18控制储液槽15的进水，打开电磁阀21实现主槽体的排水，打开第二电磁阀19和第五电磁阀22实现储液槽的排水。加热棒23位于储液槽内，用于对储液槽内的液体加热，液体温度可在20℃～75℃之间调节，温度控制精度在±0.2℃。这种槽体结构通过在循环通路中加入高精度过滤装置，对清洗液中的污染物实现有效过滤，而且避免了清洗液、超纯水、加热能源的浪费。

图4（a）和（b）是清洗、漂洗槽的上边沿采用梯形锯齿型四边溢流设计，将薄壁形槽体在平面上做成锯齿形布置以增加溢流前沿的总长度，使其液位稍微高出槽体边缘就溢流到储液槽中，清洗槽内水面的赃物及时被排出进行循环过滤，过滤后的液体重新进入槽体，而且便于调节溢流速度。其特征在于梯形锯齿角度为60度，锯齿槽宽为5～10mm，锯齿齿宽5～10mm，锯齿深20～30mm，这种设计比直边更容易获得均匀的溢流，既保证了稳定的溢流，又避免三角形锯齿边缘的锐角容易在操作过程中发生意外伤害，增加了安全性。

图5（a）和（b）是移动工件的机械臂，所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于所述机械臂12由立柱27、横梁28、导轨滑块29、第一伺服电机30、第一滚珠丝杠31和吊钩32组成。立柱27上通过导轨滑块29连接在第一导轨13上，并沿着第一导轨13运动。横梁28上设有吊钩32，一端与第一滚珠丝杠31相连并可沿着第一滚珠丝杠31上下运动，吊钩32用于勾住工件夹持工装，所述带有齿轮的第一伺服电机30驱动第一滚珠丝杠31，带动横梁28和横梁上的工件夹持工装沿着第一导轨13左右运动。在清洗过程中，利用机械臂将工件架传送到清洗槽内支架上，之后脱钩分开。支持多工位同时清洗，大大提高清洗效率。

如图6所示，是清洗槽、漂洗槽的工件上下往复运动支架。运动支架是与槽体结构相独立的U型结构，由U型支架33、气缸34和第二导轨35组成，U型支架33位于气缸34上，U型支架33两端位于第二导轨35上，能沿着第二导轨35作上下往复运动。根据工艺要求，运动行程在0～200mm可调，配合具有扫频功能的超声波发生器、兆声波发生器，防止超声声波产生的驻波场波节发生在工件表面固定区域，保证了最佳超声清洗效果，有效避免共振引起的表面损伤。

如图7所示，是全自动清洗装置的慢提拉机构，此机构安装在兆声波清洗槽上，由第二伺服电机36、减速机37、第二滚珠丝杠38、独立提升支架39和第三导轨40组成，采用伺服电机36驱动第二滚珠丝杠38丝杠，实现光学元件的慢提拉脱水，并辅以风刀辅助干燥。慢提拉的速度可根据清洗工艺进行调节，在慢提拉装置上方，该慢提拉机构的提升速度在0.05mm/s至10mm/s之间连续调节，调节精度0.01mm/s。

如图8所示，是大尺寸方型光学元件工件倾斜夹持工装，由倾斜夹持固定架41、活动调节支架42和聚四氟乙烯夹持固定块43机构组成，活动调节支架42位于倾斜夹持固定架41上，聚四氟乙烯夹持固定块43位于倾斜夹持固定架41上，夹持状态如图5（b）中所示，光学元件放置在倾斜夹持固定架41的聚四氟乙烯上的两个凹槽内，移动活动调节支架42，使活动调节支架42上的聚四氟乙烯夹持固定块43与倾斜夹持固定架41上的聚四氟乙烯凹槽共三点夹住光学元件，锁紧活动调节支架42，保持光学元件不能移动。通过调节活动调节支架42和固定块43，以适应不同尺寸大小的工件的夹持。其特征在于工件夹持装置与水平面的夹角为15～30度，夹持装置与工件采用线接触方式最大限度地避免了在慢提拉过程中在工件表面和顶部存留液体，也避免角度太大，大大加深超声波、兆声波清洗槽的深度从而导致超声波衰减。

如图9所示，是工件上架和下架小车，底部采用4个带有锁死机构的万向轮，运动灵活，定位方便，清洗机上装有限位传感器，在与本专利设计的全自动清洗装置配合使用时，放置在如图1所示的位置2和位置10中。此小车也可以单独使用，方便工件的上下架和转运。

上述的对实施例的描述是为说明本发明的技术思想和特点，目的在于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于：包括清洗槽框架(1)、槽位、控制柜(11)、机械臂(12)，所述清洗槽框架(1)是一个不锈钢整体框架，7个槽位和工件上架区和工件下架区位于清洗槽框架(1)内，自左向右7个槽位依次为溶液浸泡超声清洗槽位(3)、喷淋槽位(4)、溶液兆声清洗槽位(5)、第一超声波漂洗槽位(6)、第二超声波漂洗槽位(7)、兆声波漂洗脱水槽位(8)和干燥槽位(9)，清洗槽框架(1)的一端设有工件上架区(2)，另一端设有工件下架区(10)；所述清洗槽框架(1)上安装第一导轨(13)，所述机械臂(12)架设于第一导轨(13)上，使机械臂(12)能在导轨(13)上来回移动，到达不同槽位和工件上架区或工件下架区；控制柜(11)位于清洗槽框架(1)一侧，通过电缆分别连接位于溶液兆声清洗槽位(5)内的超声发生器以及位于第一超声波漂洗槽位(6)内的兆声波发生器；所述溶液浸泡超声清洗槽位(3)、溶液兆声清洗槽位(5)、第一超声波漂洗槽位(6)和第二超声波漂洗槽位(7)均由槽体结构和工件上下往复运动支架组成，分别架设在清洗槽框架(1)上的槽位内；兆声波漂洗脱水槽位(8)由槽体结构和慢提拉机构组成，分别架设在清洗槽框架(1)上；

根据超声波边界层的尺寸，所述溶液浸泡超声清洗槽位(3)的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，所述溶液兆声清洗槽位(5)的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器，第一超声波漂洗槽位(6)的配置为40/80/120/140/170/220/270kHz的7频复合频率超声波发生器，第二超声波漂洗槽位(7)的配置为80/120/140/170/220/270kHz的6频复合频率超声波发生器，兆声波漂洗脱水槽位(8)的配置为430kHz、1.3MHz的复合频率兆声波发生器，所有超声波发生器、兆声波发生器都具有扫频功能，频率扫描范围±5%；

槽体结构都包含液体溢流循环过滤加热结构，槽体结构包括主槽体(14)、储液槽(15)、循环水泵(16)、精密过滤器(17)、电磁阀和加热棒(23)，主槽体(14)采用四周为溢流边的槽体，一侧设有储液槽(15)，主槽体(14)内的水溢出后流进储液槽(15)；储液槽(15)上方一侧设有进水口，所述进水口上设有第一电磁阀(18)，下方设有出水口，所述出水口分别通过管道连接第二电磁阀(19)和第五电磁阀(22)，所述主槽体(14)侧面下端有出水管，所述出水管通过管道连接第四电磁阀(21)，所述第二电磁阀(19)通过管道依次连接循环水泵(16)和精密过滤器(17)，所述加热棒(23)位于储液槽(15)内；主槽体(14)内的水溢出后流进储液槽(15)；打开第二电磁阀(19)，关闭第三电磁阀(20)、第四电磁阀(21)和第五电磁阀(22)，使储液槽(15)内液体通过管道经循环水泵(16)和精密过滤器(17)进入主槽体(14)，并由主槽体(14)的溢流边回流到储液槽(15)，实现主槽体(14)和储液槽(15)之间液体的大循环，用于清除漂浮于水中的颗粒；打开第三电磁阀(20)，关闭第二电磁阀(19)、第四电磁阀(21)和第五电磁阀(22)，使主槽体(14)内液体通过管道经循环水泵(16)和精密过滤器(17)进入主槽体(14)，实现主槽体自循环，用于去除堆积于槽底的颗粒；第一电磁阀(18)控制储液槽(15)的进水，打开第四电磁阀(21)实现主槽体的排水，打开第二电磁阀(19)和第五电磁阀(22)实现储液槽的排水；加热棒(23)用于对储液槽内的液体加热，液体温度可在20℃～75℃之间调节，温度控制精度在±0.2℃。

2.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于主槽体的上边沿采用梯形锯齿型四边溢流边，梯形锯齿的锯齿角度为60度，锯齿槽宽为5～10mm，锯齿齿宽5～10mm，锯齿深20～30mm。

3.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于所述机械臂(12)由立柱(27)、横梁(28)、导轨滑块(29)、第一伺服电机(30)、第一滚珠丝杠(31)和吊钩(32)组成，立柱(27)通过导轨滑块(29)连接在第一导轨(13)上，并能沿着第一导轨(13)运动；横梁(28)上设有吊钩(32)，一端与第一滚珠丝杠(31)相连，并可沿着第一滚珠丝杠(31)上下运动，吊钩(32)用于勾住工件夹持工装，带有齿轮的所述第一伺服电机(30)驱动第一滚珠丝杠(31)，带动横梁(28)和横梁上的工件夹持工装沿着第一导轨(13)左右运动。

4.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于所述工件上下往复运动支架由U型支架(33)、气缸(34)和第二导轨(35)组成，U型支架(33)位于气缸(34)上，U型支架(33)两端位于第二导轨(35)上，能沿着第二导轨(35)作上下往复运动。

5.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于所述兆声波漂洗脱水槽位(8)上设有慢提拉机构，所述慢提拉机构由第二伺服电机(36)、减速机(37)、第二滚珠丝杠(38)、独立提升支架(39)和第三导轨(40)组成，独立提升支架(39)两端位于第三导轨(40)上，减速机(37)连接第二伺服电机(36)，第二伺服电机连接第二滚珠丝杠(38)。

6.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于工件倾斜夹持工装由倾斜夹持固定架(41)、活动调节支架(42)和聚四氟乙烯夹持固定块(43)组成，活动调节支架(42)位于倾斜夹持固定架(41)上，聚四氟乙烯夹持固定块(43)位于倾斜夹持固定架(41)上，光学元件放置在倾斜夹持固定架(41)的聚四氟乙烯上的两个凹槽内，移动活动调节支架(42)，使活动调节支架(42)上的聚四氟乙烯夹持固定块(43)与倾斜夹持固定架(41)上的聚四氟乙烯凹槽共三点夹住光学元件，锁紧活动调节支架(42)，保持光学元件不能移动。

7.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于清洗装置配备有大尺寸方型光学元件工件倾斜夹持工装，工件倾斜夹持工装与水平面的夹角为15～30度，夹持装置与工件采用线接触方式最大限度的避免了在慢提拉过程中在工件表面和顶部存留液体，也避免角度太大，加深超声波、兆声波清洗槽的深度从而导致超声波衰减。

8.根据权利要求1所述的超声波-兆声波复合频率全自动光学元件清洗装置，其特征在于清洗装置配备有工件上架和下架小车，底部采用4个带有锁死机构的万向轮，清洗机上有限位传感器。