CN110125733A - 一种光学元件加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于离子束抛光机领域，公开了一种光学元件加工设备，解决现有离子束加工设备无法全程跟踪法向的问题。本发明的五轴跟踪机构包括X向移动机构，所述X向移动机构上设置有Y向移动机构，所述Y向移动机构上设置有Z向移动机构，所述Z向移动机构上连接有回转台，所述回转台上安装两个沿着回转台对称设置的圆弧滑轨，所述圆弧滑轨配设有能够在圆弧滑轨上滑动的滑块，离子源连接在两个滑块之间，所述离子源的中心轴线与回转台的中心共线。
Description
技术领域
本发明属于离子束抛光机技术领域，具体涉及一种光学元件加工设备。
背景技术
离子束抛光是近年才出现的一种高精密光学零件加工的技术，它的加工原理是把离子束聚焦到工件要加工的表面上，通过离子轰出表面原子，从而去除材料。如果要实现对零件表面进行精准去除，就要求离子束的焦点精准对位去除点。并且离子束的光轴方向要和零件加工面上该点的法线方向(法向)一致。因此需要一套法线跟踪系统，以保证离子束的光轴方向与零件加工面上的该点的法线方向一致。
而目前用于离子抛光机的离子源只能够沿着X、Y和Z轴三维空间进行运动，所以造成加工面型单一，对于平面光学元件，可以较完整的去除磨光，但是对于球面和非球面，去除效率有限，并且去除效果不佳。
发明内容
本发明为了解决现有三轴离子抛光机对于球面和非球面光学元件抛光效果不佳的问题，而提供一种光学元件加工设备，能够实现对法向的跟踪，从而保证加工过程中离子束的光轴与零件加工面上的该点的法线方向一致，因此能够加工球面和非球面光学元件。
为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种光学元件加工设备，包括真空舱体，所述真空舱体内设置有发出离子束的离子源，其特征在于，所述离子源安装在五轴跟踪机构上，所述五轴跟踪机构包括X向移动机构，所述X向移动机构上设置有Y向移动机构，所述Y向移动机构上设置有Z向移动机构，所述Z向移动机构上连接有回转台，所述回转台上安装两个沿着回转台对称设置的圆弧滑轨，所述圆弧滑轨配设有能够在圆弧滑轨上滑动的滑块，所述离子源连接在两个滑块之间，所述离子源的中心轴线与回转台的中心共线。
进一步的，所述回转台配设有用于带动回转台转动的旋转法兰，所述旋转法兰的轴线与两个圆弧滑轨的中心连接线的交点与离子源发出的离子束的焦点重合。
进一步的，所述Z向移动机构上安装有支撑装置，所述支撑装置上配设有用于带动旋转法兰转动的驱动装置。
进一步的，所述回转台上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上连接有传动齿轮，所述圆弧滑轨远离滑块的一侧面上设置有与传动齿轮相互啮合的啮合齿条。
进一步的，所述驱动电机为真空伺服电机，所述真空伺服电机和传动齿轮通过键连接并垂直于圆弧滑轨。
进一步的，所述X向移动机构包括两个相互平行设置的直线模组，直线模组上套设有能够在直线模组上上下滑动的第一滑块，直线模组上的两个第一滑块上连接有Y向移动机构。
进一步的，所述Y向移动机构包括连接在两个第一滑块上的直线模组，所述直线模组上设置有用于套设Z向移动机构上的第二滑块的第二导向轨道。
进一步的，所述Z向移动机构包括与第二导向轨道相互适配的第二滑块，第二滑块上设置有Z向直线模组，所述Z向直线模组设置有第三导向轨道，所述支撑装置经连接板与第三导向轨道滑动连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将离子源安装在五轴跟踪机构上，在加工过程中需要调节离子束位置的时候(即使得离子源离子束的光轴方向与零件加工面上的该点的法线方向一致)，由于离子源、圆弧滑轨一起固定在回转台，旋转回转台、调节滑块在圆弧滑轨上的位置从而带动离子源调整角度，同时配合X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构，一起配合回转台的旋转法兰的轴线与圆弧滑轨的中心连接的交点定位到要加工的零件法向点上，相应的离子束的焦点也定位到了要加工的零件法向点上，实现了离子束加工过程中的全程法向跟踪，从而保证加工质量，解决了现有技术中无法全程跟踪法向的技术难题，从而能够实现平面、球面和非球面的光学元件的离子束抛光作业。
附图说明
图1为本发明的五轴跟踪机构一实施例的结构示意图；
图2为离子源与回转台之间的安装结构示意图；
图3为离子源于回转台俯视图示意图，该图中的虚线表示两个圆弧滑轨的中心连接线；
图4为本发明的光学零件表面精准加工设备的外形结构示意图；
图中标记：1、X向直线模组，2、第一滑块，3、导向杆，4、Y向直线模组，5、第二滑块，6、Z向直线模组，7、支撑装置，8、回转台，9、离子源，10、圆弧滑轨，11、滑块，12、驱动电机，13、传动齿轮，14、真空舱体，15、舱门，16、转动销轴，17、液压缸，18、支撑座。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的光学零件表面精准加工设备，即离子束抛光机，包括真空舱体14，真空舱体14配设有舱门15，其中舱门15经过转动销轴与真空舱体14铰接，舱门铰接有液压缸17，通过液压缸17带动舱门进行转动从而实现舱门15的开启和关闭。在一些实施例中，真空舱体14的下端设置有支撑座18，转动销轴16安装在支撑座18上，支撑座通过也提供了液压缸17活动的空间。所述真空舱体14内设置有用于发出离子束的离子源9，所述离子源9安装在五轴跟踪机构上，所述五轴跟踪机构包括X向移动机构，所述X向移动机构上设置有Y向移动机构，所述Y向移动机构上设置有Z向移动机构，所述Z向移动机构上连接有回转台8，所述回转台8上安装两个沿着回转台8对称设置的圆弧滑轨10，所述圆弧滑轨10配设有能够在圆弧滑轨10上滑动的滑块11，所述离子源9连接在两个滑块11之间，所述离子源的中心轴线与回转台的中心共线。
其中圆弧滑轨10的圆心角可以设置90°，也可以大于90°。
在一些实施例中，X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动的安装位置和调节方向可以进行改变，例如在Y向机构上安装X向移动机构，然后将Z向移动机构安装在X向移动机构上，最后将回转台安装在Z向移动机构上。也可以将X向移动机构先安装在Z向移动机构上，然后再将Y向移动机构安装在X向移动机构上，最后将回转台安装在Y向移动机构上。在此需要说明的X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构代表了三个不同方向的运动，他们的安装位置和调节方向均可以调节，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
进一步的，所述回转台8配设有用于带动回转台8转动的旋转法兰，所述旋转法兰的轴线与两个圆弧滑轨10的中心连接线(附图3中的虚线)的交点与离子源9发出的离子束的焦点重合。
在一些实施例中，回转台8包括底板和两个侧板，底板和两个侧板连接在一起形成U字形，两个圆弧滑轨10分别安装在两个侧板上，旋转法兰安装在底板上，旋转法兰在转动的过程中带动底板和侧板一起转动，从而跟圆弧滑轨一起调节离子源9的角度。
在一些实施例中，所述Z向移动机构上安装有支撑装置7，所述支撑装置7上配设有用于带动旋转法兰转动的驱动装置。通过驱动装置带动旋转法兰转动，进而带动回转台8进行转动，其中驱动装置属于现有技术，例如驱动装置可以采用DD马达，用于带动旋转法兰进行转动。
进一步的，所述回转台8上安装有驱动电机12，所述驱动电机8的输出轴上连接有传动齿轮13，所述圆弧滑轨10远离滑块的一侧面上设置有与传动齿轮13相互啮合的啮合齿条。在一些实施例中，圆弧滑轨10的横街面呈“凸”字形，滑块11配设有至少一组滚轮，每一组滚轮包括上下相互对应设置的两个滚轮，其中两个滚轮分别与“凸”字形的截面较大的两侧壁相互接触，啮合齿条开设在“凸”字形的截面较小并且远离滑块11的侧壁上，通过滚轮的结构设计便于滑块能够平滑的在圆弧滑轨上滑动。
在一些实施例中，滑块上设置四个滚动轴承，保证滑动的平稳性，滑块内侧还设置有润滑装置，通过润滑装置对滑块和圆弧滑轨进行润滑。
作为本发明一种优选的方式，所述驱动电机12为真空伺服电机。真空伺服电机和传动齿轮通过键连接，垂直于圆弧轨道安装在滑块上。
本发明将离子源安装在五轴跟踪机构上，在加工过程中需要调节离子束位置的时候(即使得离子源离子束的光轴方向与零件加工面上的该点的法线方向一致)，由于离子源、圆弧滑轨一起固定在回转台，旋转回转台、调节滑块在圆弧滑轨上的位置从而带动离子源调整角度，同时配合X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构，一起配合回转台的旋转法兰的轴线与圆弧滑轨的中心连接的交点定位到要加工的零件法向点上，相应的离子束的焦点也定位到了要加工的零件法向点上，实现了离子束加工过程中的全程法向跟踪，从而保证加工质量，解决了现有技术中无法全程跟踪法向的技术难题。
在一些实施例中，所述X向移动机构包括两个相互平行设置的X向直线模组1，X向直线模组1上套设有能够在X向直线模组1上上下滑动的第一滑块2，所述X向直线模组上设置有与第一滑块配合的第一导向轨道，所述X向直线模组1上的两个第一滑块2上连接有Y向移动机构。在一些实施例中，两个第一滑块2上还连接有导向杆，用于带动两个X向直线模组1上的第一滑块2同时进行运动。其中，X向直线模组1上可以设置驱动电机和丝杠，驱动电机带动丝杠进行转动，第一滑块2开设有与丝杠相互配合的丝杠副，从而带动第一滑块2在X向直线模组上上下移动。
第一滑块2与X向直线模组之间的滑动还可以采用直线电机、步进电机等方式驱动方式进行驱动，优选的，丝杠传动具有精度更高的特点，更加适合于对离子源9的位置的控制，从而优选选用丝杠进行带动滑动。其中Y向移动机构和Z向移动机构上的滑动也优先选优丝杠传动的方式。
进一步的，所述Y向移动机构包括连接在两个第一滑块2上的Y向直线模组4，所述Y向直线模组4上设置有用于套设Z向移动机构上的第二滑块5的第二导向轨道。
进一步的，所述Z向移动机构包括与第二导向轨道相互适配的第二滑块5，第二滑块5上设置有Z向直线模组6，所述Z向直线模组6设置有第三导向轨道，所述支撑装置7经连接板与第三导向轨道滑动连接。
在此需要说明的是，X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构本身属于现有技术产品，本发明也可以采用其他结构的XYZ三轴运动机构，只要能够满足三个方向的运动精度即可，在此不再赘述。
本发明还提供一种用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，包括上述的五轴跟踪机构。
本发明还提供一种光学零件加工设备，包括离子源，所述离子源安装在五轴跟踪机构。
在此需要说明的是，本发明的五轴跟踪机构不仅能够用于离子束抛光机的法向跟踪，还能够用于其他需要追踪法向的加工设备上，比如用于对激光束进行法向跟踪等。
本发明将离子源安装在五轴跟踪机构上，在加工过程中需要调节离子束位置的时候(即使得离子源离子束的光轴方向与零件加工面上的该点的法线方向一致)，由于离子源、圆弧滑轨一起固定在回转台，旋转回转台、调节滑块在圆弧滑轨上的位置从而带动离子源调整角度，同时配合X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构，一起配合回转台的旋转法兰的轴线与圆弧滑轨的中心连接的交点定位到要加工的零件法向点上，相应的离子束的焦点也定位到了要加工的零件法向点上，实现了离子束加工过程中的全程法向跟踪，从而保证加工质量，解决了现有技术中无法全程跟踪法向的技术难题。
Claims (10)
1.一种用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述五轴跟踪机构包括X向移动机构，所述X向移动机构上设置有Y向移动机构，所述Y向移动机构上设置有Z向移动机构，所述Z向移动机构上连接有回转台，所述回转台上安装两个沿着回转台对称设置的圆弧滑轨，所述圆弧滑轨配设有能够在圆弧滑轨上滑动的滑块，离子源连接在两个滑块之间，所述离子源的中心轴线与回转台的中心共线。
2.根据权利要求1所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述回转台配设有用于带动回转台转动的旋转法兰，所述旋转法兰的轴线与两个圆弧滑轨的中心连接线的交点与离子源发出的离子束的焦点重合。
3.根据权利要求1所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述Z向移动机构上安装有支撑装置，所述支撑装置上配设有用于带动旋转法兰转动的驱动装置。
4.根据权利要求2所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述回转台上安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上连接有传动齿轮，所述圆弧滑轨远离滑块的一侧面上设置有与传动齿轮相互啮合的啮合齿条。
5.根据权利要求4所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述驱动电机为真空伺服电机，所述真空伺服电机和传动齿轮通过键连接并垂直于圆弧滑轨。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述X向移动机构包括两个相互平行设置的X向直线模组，X向直线模组上套设有能够在直线模组上上下滑动的第一滑块，所述X向直线模组上设置有与第一滑块配合的第一导向轨道，所述X向直线模组上的两个第一滑块上连接有Y向移动机构。
7.根据权利要求6所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述Y向移动机构包括连接在两个第一滑块上的Y向直线模组，所述Y向直线模组上设置有用于套设Z向移动机构上的第二滑块的第二导向轨道。
8.根据权利要求7所述的用于离子束抛光机的离子源五轴跟踪机构，其特征在于，所述Z向移动机构包括与第二导向轨道相互适配的第二滑块，第二滑块上设置有Z向直线模组，所述Z向直线模组设置有第三导向轨道，所述支撑装置经连接板与第三导向轨道滑动连接。
9.一种光学零件加工设备，包括离子源，所述离子源安装在五轴跟踪机构上，其特征在于，所述五轴跟踪机构为权利要求1-8中的五轴跟踪机构。
10.一种光学零件表面精准加工设备，包括真空舱体，所述真空舱体内设置有用于发出离子束的离子源，所述离子源安装在五轴跟踪机构上，其特征在于，所述五轴跟踪机构为权利要求1-8中的五轴跟踪机构。
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