CN109732439A - 一种光学元件子口径抛光夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件子口径抛光夹具，涉及精密加工领域。该夹具包括二维调平台、支撑板、多个弧形延拓挡板以及定位挡块。其中，支撑板设置于二维调平台，用于放置光学元件，多个弧形延拓挡板紧挨支撑板的外侧壁设置，且依次首尾连接形成便于光学元件进行抛光作业的容腔；定位挡块设置于二维调平台，且穿过弧形延拓挡板伸向支撑板，用于定位并抵紧对应位置上的支撑板。通过弧形延拓挡块扩展抛光工具加工区域，使抛光工具可移动出元件遍历元件整个表面，从而抑制边缘加工时抛光力的畸变。且通过二维调平台进行元件表面精密调平，减小装夹对刀误差，提升元件表面材料去除准确性。

Description

一种光学元件子口径抛光夹具

技术领域

本发明涉及精密加工领域，具体而言，涉及一种光学元件子口径抛光夹具。

背景技术

随着现代科学技术的不断发展，各领域对精密光学元件的加工质量和效率要求也越来越高，特别是天文望远镜、极紫外光刻机、强激光装置等先进光学系统所需的大口径光学元件。在这种需求背景下，基于计算机控制光学表面成形(Computer controlledoptical surfacing，CCOS)原理的各种子口径抛光技术得到很好的发展，如小工具数控抛光技术、气囊抛光技术、磁流变抛光技术等。在CCOS工艺过程中，抛光工具若不走出元件边缘，元件发生翘边；若走出元件边缘，由于相对压力增大，使边缘区域去除量增加，元件发生塌边，这种现象称为“边缘效应”。边缘效应使元件边缘去除量难以控制，严重制约了CCOS技术的加工精度和效率。另外，球面、非球面元件子口径抛光加工时，抛光工具与元件相对位姿准确性对加工点处去除量有重要影响，因此抛光工具与元件的相对位姿需精确控制以保证元件表面误差精确去除。抛光工具与元件的相对位姿误差主要来源于机床运动误差、程序计算误差和装夹对刀误差三方面。目前，实际工艺过程中，前两方面引入误差较小，而装夹对刀误差较大，其中一重要因素是抛光夹具结构和精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学元件子口径抛光夹具，该抛光夹具可针对现有技术的缺点，可同时解决工件的边缘效应和装夹误差控制困难的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

一种光学元件子口径抛光夹具，包括：

二维调平台，用于进行光学元件的调平作业；

支撑板，支撑板设置于二维调平台，且用于放置光学元件；

多个弧形延拓挡板，多个弧形延拓挡板紧挨支撑板的外侧壁设置，且多个弧形延拓挡板依次首尾连接形成便于光学元件进行抛光作业的容腔；

多个定位挡块，定位挡块设置于二维调平台，且穿过弧形延拓挡板伸向支撑板，用于定位并抵紧对应位置上的支撑板。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，支撑板的形状与光学元件的形状相匹配，且支撑板的上表面的平面度优于20μm；

其中，支撑板为等厚的对称结构或楔形结构。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，支撑板的侧面开设有多个螺纹孔，弧形延拓挡板通过螺纹孔与支撑板连接；

支撑板上还开设有通槽，通槽用于便于支撑板的安装与拆卸。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，弧形延拓挡板朝向支撑板的一侧开设有多个通孔，多个通孔与多个螺纹孔一一对应设置，且通孔用于使得支撑板与弧形延拓挡板连接时，弧形延拓挡板具有上下调节量。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，弧形延拓挡板的上表面呈球面，且当光学元件为球面元件时，弧形延拓挡板的上表面球面的球面半径与球面元件的球面半径一致；当光学元件为非球面元件时，弧形延拓挡板的上表面球面的球面半径与非球面元件的最接近球面半径一致。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，弧形延拓挡板的底部开设有开口，开口与定位挡块对应设置，定位挡块用于穿过开口与支撑板抵接；

且弧形延拓挡板的材料为聚四氟乙烯或尼龙。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，二维调平台上具有沿相互垂直的X方向和Y方向间隔均匀布置的多个安装孔，支撑板通过安装孔与二维调平台连接；

且的二维调平台水平X方向和Y方向角度的调节分辨率优于3"，调平后元件在X方向和Y方向的角度误差≤10"。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，二维调平台靠近其底座的一端包括一个固定支撑点和两个浮动支撑点形成的三点支撑结构，且固定支撑点为球铰连支撑点，浮动支撑点为螺纹连接的微量上下移动支撑点。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，二维调平台悬空位置采用独立支撑柱支撑，以实现在光学元件调平后二维调平台的悬空位置支撑，从而防止在预设负载下加工时二维调平台悬空位置出现让刀现象；

其中，独立支撑柱包括上顶块和下顶块，上顶块和下顶块螺纹连接，上顶块为半球形，且朝向二维调平台设置。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，光学元件子口径抛光夹具还包括弹性件，弹性件具有至少两根弹簧，弹簧连接在二维调平台的中部与底板之间，且弹簧被用于避免光学元件在调平过程中二维调平台出现间隙。

本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种光学元件子口径抛光夹具，其包括二维调平台、支撑板、多个弧形延拓挡板以及与定位挡块。其中，二维调平台用于进行光学元件的调平作业；支撑板设置于二维调平台，用于放置光学元件，多个弧形延拓挡板紧挨支撑板的外侧壁设置，且依次首尾连接形成便于光学元件进行抛光作业的容腔；定位挡块设置于二维调平台，且穿过弧形延拓挡板伸向支撑板，用于定位并抵紧对应位置上的支撑板。通过弧形延拓挡块扩展了抛光工具加工区域，使得抛光工具可移动出元件遍历元件整个表面，从而可有效地抑制边缘加工时抛光力的畸变。并且，通过二维调平台进行元件表面精密调平，减小装夹对刀误差，提升元件表面材料去除准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的结构示意图一；

图2为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的结构示意图二；

图3为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的剖面结构示意图一；

图4为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的剖面结构示意图二；

图5为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的局部结构示意图一；

图6为本发明的实施例提供的支撑板的结构示意图；

图7为本发明的实施例提供的弧形延拓挡板的结构示意图；

图8为本发明的实施例提供的定位挡块的结构示意图；

图9为本发明的实施例提供的光学元件子口径抛光夹具的局部结构示意图二；

图10为本发明的实施例提供的独立支撑柱的结构示意图。

图标：100-光学元件子口径抛光夹具；103-二维调平台；105-支撑板；107-容腔；109-弧形延拓挡板；111-定位挡块；113-螺纹孔；115-通槽；117-通孔；119-开口；121-安装孔；123-固定支撑点；125-浮动支撑点；127-独立支撑柱；129-上顶块；131-下顶块；133-弹簧；135-第一挡块；137-第二挡块；139-凹槽；143-光学元件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的结构示意图一；图2为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的结构示意图二；图3为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的剖面结构示意图一；图4为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的剖面结构示意图二；图5为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的局部结构示意图一。请参阅图1至图5，本实施例提供了一种光学元件子口径抛光夹具100，包括：二维调平台103、支撑板105、弧形延拓挡板109以及定位挡块111。

详细地，请再次参阅图1至图5，在本实施例中，二维调平台103用于进行光学元件143的调平作业。通过二维调平台103进行元件表面精密调平，可减小装夹对刀误差，提升元件表面材料去除准确性。

详细地，请再次参阅图1至图5，在本实施例中，支撑板105设置于二维调平台103，且用于放置光学元件143。将光学元件143放置于二维调平台103的上方，并采用支撑板105对光学元件143进行固定支撑，可提高光学元件143在抛光过程中的稳定性。

详细地，请再次参阅图1至图5，在本实施例中，弧形延拓挡板109的数量为多个，且多个弧形延拓挡板109均设置于支撑板105的外侧，多个弧形延拓挡板109依次首尾连接形成便于光学元件143进行抛光作业的容腔107。通过弧形延拓挡块扩展了抛光工具加工区域，使得抛光工具可移动出元件遍历元件整个表面，从而可有效地抑制边缘加工时抛光力的畸变。

详细地，请再次参阅图1至图5，在本实施例中，定位挡块111的数量为多个，且多个定位挡块111设置于二维调平台103，且穿过弧形延拓挡板109伸向支撑板105，用于定位并抵紧对应位置上的支撑板105。通过定位挡块111的设置，使得支撑板105的稳定性得到提高，从而提高光学元件143在抛光过程中的稳定性。

需要说明的是，在本实施例中，支撑板105的呈矩形状结构。相应地，弧形延拓挡板109的数量为四个，定位挡块111的数量也为四个。当然，在本发明的其他实施例中，弧形延拓挡板109、定位挡块111的数量还可以根据光学元件143的形状进行增加或减少，本发明的实施例不做限定。

同时，还需要说明的是，在本实施例中，支撑板105的形状与光学元件143的形状相匹配，支撑板105可根据光学元件143的构型而改变结构，例如若光学元件143为四边或四角等厚的对称构型，则支撑板105可以设计为等厚结构，若元件为楔形构型，则支撑板105可以设计为楔形结构。

作为优选的方案，在本实施例中，支撑板105的上表面的平面度优于20μm，从而保证支撑板105可与光学元件143紧密贴合。并且，作为一种可选的方案，本实施例提供的光学元件143为330mm×330mm方形旋转对称非球面光学元件143，因此，支撑板105设计为330mm×330mm方形结构。

图6为本实施例提供的支撑板105的结构示意图。请参阅图1至图6，在本实施例中，支撑板105的侧面开设有多个螺纹孔113，弧形延拓挡板109通过螺纹孔113与支撑板105连接；支撑板105上还开设有通槽115，通槽115用于便于支撑板105的安装与拆卸。且螺纹孔113为M10螺纹孔113，侧边矩形槽20mm×70mm(深15mm)。当然，在本发明的其他实施例中，光学元件143的尺寸还可以根据需求进行调整，本发明的实施例不做限定。

图7为本实施例提供的弧形延拓挡板109的结构示意图。请参阅图1至图7，在本实施例中，弧形延拓挡板109朝向支撑板105的一侧开设有多个通孔117，多个通孔117与多个螺纹孔113一一对应设置，且通孔117用于使得支撑板105与弧形延拓挡板109连接时，弧形延拓挡板109具有上下调节量。图7中左边为长430mm弧形延拓挡块，右边为长330mm弧形延拓挡块。

本实施例中，弧形延拓挡板109的上表面呈球面，且当光学元件143为球面元件时，弧形延拓挡板109的上表面球面的球面半径与球面元件的球面半径一致。当光学元件143为非球面元件时，弧形延拓挡板109的上表面球面的球面半径与非球面元件的最接近球面半径一致。具体地可以选择为弧形延拓挡块上表面的球面半径为2000mm，与本实施例中非球面元件最接近球面半径一致。通过这样设置，可实现弧形延拓挡块的上表面与光学元件143表面良好吻合与过渡。其中，通孔117的形状为矩形，其尺寸为11mm×20mm，弧形延拓挡块安装到支撑板105上时可使弧形延拓挡块与光学元件143边缘高度匹配。

同时，弧形延拓挡板109的底部开设有开口119，开口119与定位挡块111对应设置，定位挡块111用于穿过开口119与支撑板105抵接。开口119的形状呈矩形，开口119尺寸为30mm×60mm。通过开口119的方式进行拆卸连接，使得在光学元件143加工后只需拆卸支撑板105和两边的弧形沿拓挡块即可取下光学元件143，这种拆卸方式，支撑板105和未拆卸的两边的弧形延拓挡板109的位置均不变，则光学元件143在机床上的位置也不变，从而可便于下次加工安装光学元件143，提高加工安装的效率。当然，在本发明的其他实施例中，开口119的形状和尺寸还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。

需要说明的是，在本实施例中，弧形延拓挡块的材料为聚四氟乙烯或尼龙。这类材料与玻璃元件接触时不易撞伤或划伤元件侧边，另外这类材料本身可以作为一种抛光材料，抛光工具移动到元件以外对弧形挡块进行抛光时并不会产生导致元件表面出现缺陷的杂质。

图8是本实施例提供的定位挡块111的结构示意图。请参阅图8，定位挡板包括相互垂直设置呈L型的第一挡块135和第二挡块137，高15mm，宽50mm，长110mm。定位挡块111为不锈钢材料，表面有长95mm，宽11mm的凹槽139。第一挡块135设置于二维调平台103的上方，第二挡块137与第二挡块137垂直设置，且朝向远离第二挡块137的方向延伸设置，第二挡块137用于与支撑板105抵接。第一挡块135可通过凹槽139与二维调平台103连接，且凹槽139的长度方向与第一挡块135的长度方向相同，通过凹槽139可调节第一挡块135与二维调平台103的相对位置，从而满足不同尺寸的光学元件143的固定与安装。

图9为本实施例提供的光学元件子口径抛光夹具100的局部结构示意图二。请参阅图1至图9，在本实施例中，二维调平台103用于实现光学元件143表面精密调平，水平X方向和Y方向角度调节分辨率优于3"，调平后元件在X方向和Y方向角度误差≤10"。二维调平台103的上表面的尺寸550mm×550mm，下表面的尺寸450mm×450mm；二维调平台103的上表面的中心线上以50mm间隔均布多个安装孔121，安装孔121优选的为M10螺纹孔113，便于不同尺寸支撑板105的安装。

详细地，二维调平台103靠近其底座的一端包括一个固定支撑点123和两个浮动支撑点125形成的三点支撑结构，且固定支撑点123为球铰连支撑点，浮动支撑点125为螺纹连接的微量上下移动支撑点。通过固定支撑点123和浮动支撑点125可有效地实现光学元件143的调平。

图10为本实施例提供的独立支撑柱127的结构示意图。请参阅图1至图10，在本实施例中，二维调平台103悬空位置采用独立支撑柱127支撑。详细地，独立支撑柱127用于在光学元件143调平后独立支撑二维调平台103；独立支撑柱127包括上顶块129和下顶块131，上顶块129和下顶块131螺纹连接，上顶块129为半球形，且朝向二维调平台103设置。在光学元件143调平后，采用独立支撑柱127可实现二维调平台103的悬空位置支撑，以防止在一定负载下加工时二维调平台103悬空位置出现“让刀”现象。同时，由于上顶块129的上部为半球形，因此可减小上顶块129与二维调平台103的上面板的摩擦，便于上顶块129旋转调节独立支撑柱127高度。

作为优选的方案，在本实施例中，光学元件子口径抛光夹具100还包括弹性件，弹性件具有至少两根弹簧133，弹簧133连接在二维调平台103的中部与底座之间，且弹簧133被用于避免光学元件143在调平过程中二维调平台103出现间隙。当然，在本发明的其他实施例中，弹簧133的数量不仅限于两根，还可以为多根，只要能避免二维调平台103出现间隙即可，本发明的实施例不做限定。

综上所述，本发明的实施例提出一种光学元件143子口抛光夹具，该夹具可同时解决边缘效应和装夹误差控制困难的问题。通过弧形延拓挡块扩展了抛光工具加工区域(抛光工具可移动出元件遍历元件整个表面)，同时抑制边缘加工时抛光力的畸变。另外，通过二维调平台103进行元件表面精密调平，减小装夹对刀误差，提升元件表面材料去除准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学元件子口径抛光夹具，其特征在于，包括：

二维调平台，用于进行光学元件的调平作业；

支撑板，所述支撑板设置于所述二维调平台，且用于放置所述光学元件；

多个弧形延拓挡板，多个所述弧形延拓挡板紧挨所述支撑板的外侧壁设置，且多个所述弧形延拓挡板依次首尾连接形成便于所述光学元件进行抛光作业的容腔；

定位挡块，所述定位挡块设置于所述二维调平台，且穿过所述弧形延拓挡板伸向所述支撑板，用于定位并抵紧对应位置上的所述支撑板。

2.根据权利要求1所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述支撑板的形状与所述光学元件的形状相匹配，且所述支撑板的上表面的平面度优于20μm；

其中，所述支撑板为等厚的对称结构或楔形结构。

3.根据权利要求2所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述支撑板的侧面开设有多个螺纹孔，所述弧形延拓挡板通过所述螺纹孔与所述支撑板连接；

所述支撑板上还开设有通槽，所述通槽用于便于所述支撑板的安装与拆卸。

4.根据权利要求3所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述弧形延拓挡板朝向所述支撑板的一侧开设有多个通孔，多个所述通孔与多个所述螺纹孔一一对应设置，且所述通孔用于使得所述支撑板与所述弧形延拓挡板连接时，所述弧形延拓挡板具有上下调节量。

5.根据权利要求1所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述弧形延拓挡板的上表面呈球面，且当所述光学元件为球面元件时，所述弧形延拓挡板的上表面球面的球面半径与所述球面元件的球面半径一致；当所述光学元件为非球面元件时，所述弧形延拓挡板的上表面球面的球面半径与所述非球面元件的最接近球面半径一致。

6.根据权利要求1所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述弧形延拓挡板的底部开设有开口，所述开口与所述定位挡块对应设置，所述定位挡块用于穿过所述开口与所述支撑板抵接；

且所述弧形延拓挡板的材料为聚四氟乙烯或尼龙。

7.根据权利要求1所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述二维调平台上具有沿相互垂直的X方向和Y方向间隔均匀布置的多个安装孔，所述支撑板通过所述安装孔与所述二维调平台连接；

且所述的二维调平台水平所述X方向和所述Y方向角度的调节分辨率优于3"，调平后元件在所述X方向和所述Y方向的角度误差≤10"。

8.根据权利要求1所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述二维调平台靠近其底座的一端包括一个固定支撑点和两个浮动支撑点形成的三点支撑结构，且所述固定支撑点为球铰连支撑点，所述浮动支撑点为螺纹连接的微量上下移动支撑点。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述二维调平台悬空位置采用独立支撑柱支撑，以实现在所述光学元件调平后二维调平台的悬空位置支撑，从而防止在预设负载下加工时所述二维调平台悬空位置出现让刀现象；

其中，所述独立支撑柱包括上顶块和下顶块，所述上顶块和所述下顶块螺纹连接，所述上顶块为半球形，且朝向所述二维调平台设置。

10.根据权利要求9所述的光学元件子口径抛光夹具，其特征在于：

所述光学元件子口径抛光夹具还包括弹性件，所述弹性件具有至少两根弹簧，所述弹簧连接在所述二维调平台的中部与底板之间，且弹簧被用于避免所述光学元件在调平过程中所述二维调平台出现间隙。