CN111223738A - 双真空室离子束加工系统及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双真空室离子束加工系统及加工方法，属于离子束加工技术领域，包括相互连通的离子源真空室和工件真空室，所述工件真空室内设有：工件翻移组件，吊装在工件真空室内，用于固定待加工工件，并带动待加工工件在工件真空室内移动、翻转。所述工件翻移组件包括：工件卡盘；工件翻转车，与所述工件卡盘连接以带动工件卡盘翻转；直线模组，用于固定所述工件翻转车，以使工件翻转车移动。本发明上料时只需将工件固定在该工件真空室的工件翻移组件上，通过工件翻移组件带动工件在工件真空室内移动，无需将工件输送至离子源真空室内，上料简单；通过工件翻移组件带动工件翻转，安装拆卸方便，提高了工作效率，降低了工作强度。

Description

双真空室离子束加工系统及加工方法

技术领域

本发明属于离子束加工技术领域，具体涉及一种双真空室离子束加工系统，另外，本发明还涉及一种利用上述双真空室离子束加工系统进行工件加工的加工方法。

背景技术

离子束加工系统是一种高精度加工光学元件的超精密加工设备，当采用离子束加工系统进行工件抛光时，先使用干涉仪测量待加工零件面型，生成面形误差检测数据，使用工艺软件来确定工艺参数和加工轨迹，在工控机的控制下对待加工零件表面进行抛光，通过控制离子束在零件表面的驻留时间或移动速度，从而精确控制待加工零件去除量，修正待加工零件表面的面形误差，达到最终的面形要求。

现有技术(CN102744654B)公开了一种双真空室离子束抛光系统及抛光方法，包括真空工作室，真空工作室旁设用于装卸工件的辅助真空室，真空工作室与辅助真空室间设用于控制二者通断的插板阀，真空工作室和辅助真空室内设有可在二者之间传送工件的工件传送装置。

该现有技术使用时在辅助真空室完成工件的取放操作，操作过程中需要把工件安装在工件动装置上，再由工件传动装置传送至真空工作室内，并通过真空工作室内的夹具定位，整个上料过程比较繁琐，且工件的安装时需要举起工件使其加工面朝上，因此工件的安装和拆卸比较费力，工作强度大。

发明内容

基于上述背景问题，本发明旨在提供一种双真空室离子束加工系统，待加工工件和离子源分处在不同的真空室内，通过在工件真空室内设置工件翻移组件来使工件移动翻转，工件无需输送至离子源真空室内，上料简单且安装拆卸方便。另外，本发明还提供一种如上所述的双真空室离子束加工系统的加工方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

双真空室离子束加工系统，包括相互连通的离子源真空室和工件真空室，所述工件真空室内设有：工件翻移组件，吊装在工件真空室内，用于固定待加工工件，并带动待加工工件在工件真空室内移动、翻转。

在一个实施例中，所述离子源真空室和工件真空室上下设置，且所述工件真空室设置在离子源真空室的上方。

在一个实施例中，所述工件翻移组件包括：工件卡盘，用于安装固定待加工工件；工件翻转车，与所述工件卡盘连接以带动工件卡盘翻转；直线模组，设置在工件真空室的顶部，用于固定所述工件翻转车，并使工件翻转车移动。

在一个实施例中，所述工件卡盘包括卡盘本体、以及用于将待加工工件与卡盘本体连接的锁紧件；所述锁紧件包括：夹板，呈L型结构，包括与卡盘本体表面平行的水平段，以及与卡盘本体表面垂直的竖直段；顶紧螺丝，穿设在所述水平段上用于将夹板与卡盘本体连接；工件挂钩、垫块，分设在所述竖直段的两端用于夹紧待加工工件，所述垫块沿竖直段可移动设置，以匹配不同厚度的待加工工件。

优选地，所述夹板沿卡盘本体的径向可移动设置，以匹配不同大小的待加工工件。

优选地，所述工件翻转车包括：支架，分别与所述直线模组、工件卡盘连接；翻转电机，设置在所述支架上；传动件，一端与翻转电机的输出轴连接，另一端与工件卡盘连接，以通过翻转电机带动工件卡盘翻转。

更优选地，所述支架包括两个侧支板、以及用于固定两个所述侧支板的连接板；两个所述侧支板之间通过转轴可转动设置有所述工件卡盘；所述传动件包括与所述翻转电机的输出轴连接的主动轮、设置在所述转轴上的从动轮、以及绕设在所述主动轮和从动轮上的同步带。

在一个实施例中，所述直线模组上设有：第一限位传感器，用于限定工件翻转车的加工位置；第二限位传感器，用于限定工件翻转车的换料位置。

在一个实施例中，所述离子源真空室内设有：离子源和法拉第杯，所述离子源的发射端竖直向上，以对位于工件真空室内的待加工工件进行加工；所述法拉第杯设置在所述离子源真空室的顶部，用于对离子源发出的离子束的束流强度进行监控。

为了实现上述目的，本发明还提供一种如上所述的双真空室离子束加工系统的加工方法，先将工件安装在真空室的工件翻移组件上，然后使工件翻移组件带动工件翻转至加工面朝下，并控制工件翻移组件移动到待加工位置，最后关闭工件真空室，将工件真空室抽气至真空工作室中的压力状态。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

1、本发明设置相互连通的离子源真空室和工件真空室，即待加工工件和离子源分设在不同的真空室内，上料时只需将工件固定在该工件真空室的工件翻移组件上，通过工件翻移组件带动工件在工件真空室内移动，无需将工件输送至离子源真空室内，上料简单；通过工件翻移组件带动工件翻转，安装拆卸方便，大大提高了工作效率，降低了工作强度。

2、本发明将离子源真空室和工件真空室上下分布，并通过第一限位传感器限定工件翻转车的加工位置，以使离子源的发射端竖直向上正对工件的加工面，能够保证离子束均匀轰击工件表面，保证了加工质量。

3、本发明的夹板可沿卡盘本体的径向移动，从而能够匹配不同大小的工件，本发明的垫块可沿夹板上下移动，从而匹配不同厚度的工件。

4、本发明在离子源真空室内设置法拉第杯，可以在加工前进行离子束束流相对于法拉第杯的扫描，离子束的束流状态得到监控，防止因离子束的束流不正常导致零件加工偏差过大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术以及实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例中双真空室离子束加工系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中双真空室离子束加工系统的主视剖视图；

图3为本发明实施例中工件真空室的结构示意图；

图4为本发明实施例中工件卡盘的结构示意图；

图5为本发明实施例中工件卡盘另一视角的结构示意图；

图6为图3中A处的局部放大图；

图7为本发明实施例中锁紧件的结构示意图；

图8为图3的右视图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，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。需要说明的是，术语“第一”、“第二”只是为了方便描述，不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决现有技术存在的上料繁琐且工件安装拆卸不方便的缺陷，本发明提供一种双真空室离子束加工系统，如图1和2所示，包括相互连通的离子源真空室1和工件真空室2，所述工件真空室2内设有：工件翻移组件，吊装在工件真空室2内，用于固定待加工工件，并带动待加工工件在工件真空室2内移动、翻转。

本发明上料时只需将工件固定在该工件真空室2的工件翻移组件上，通过工件翻移组件带动工件在工件真空室2内移动，即离子源和工件分开设置，无需将工件输送至离子源真空室1内，上料简单；通过工件翻移组件带动工件翻转，安装拆卸方便，大大提高了工作效率，降低了工作强度。

在本实施例中，如图2所示，所述离子源真空室1和工件真空室2上下设置，且所述工件真空室2设置在离子源真空室1的上方，离子源真空室1和工件真空室2通过插板阀3连通，即通过插板阀3控制离子源真空室1和工件真空室2的通断。

本实施例的工件真空室2设置有工件翻移组件，如图3所示，所述工件翻移组件包括：工件卡盘4、工件翻转车5以及直线模组6，为了进行待加工工件的上料和取料，如图1所示，所述工件真空室2的右侧侧壁上开有室门201。

所述工件卡盘4用于安装固定待加工工件，如图4和5所示，所述工件卡盘4包括卡盘本体401、以及设置在所述卡盘本体401上的锁紧件，本实施例的卡盘本体401为圆环结构，所述锁紧件嵌设在卡盘本体401的内侧壁上。

具体的，如图6和7所示，所述锁紧件包括：夹板402、顶紧螺丝403、工件挂钩404以及垫块405。

如图6所示，所述夹板402呈L型结构，包括与卡盘本体401表面平行的水平段，以及与卡盘本体401表面垂直的竖直段，使用状态时，所述水平段与卡盘本体401下表面贴和；所述顶紧螺丝403穿设在所述水平段上用于将夹板402与卡盘本体401连接。

在本实施例中，如图6和7所示，所述工件挂钩404固定设置在竖直段的底部，所述垫块405设置在竖直段的上部，使用时待加工工件夹紧在工件挂钩404与垫块405之间。

为了使锁紧件能够匹配不同厚度的待加工工件，所述垫块405可以沿竖直段移动设置，在本实施例中，如图7所示，所述竖直段穿设有夹紧螺丝406，夹紧螺丝406穿出竖直段的端部锁定，所述夹紧螺丝406上套设有螺纹块，所述垫块405通过螺钉与所述螺纹块固定，当拧动夹紧螺丝406时，由于螺纹块与夹紧螺丝406螺纹连接，因此会带动螺纹块沿夹紧螺丝406上下移动，进而带动垫块405移动以匹配不同厚度的待加工工件。

需要说明的是，垫块405可移动设置的结构并不局限于上述夹紧螺丝，在另一个实施例中，也可设置滑轨使滑块滑动连接，再通过螺栓将垫块405限位到移动位置。

为了匹配不同大小的工件，如图5所示，所述卡盘本体401的底面沿径向开设有多条调整槽407，锁紧件可以沿调整槽407沿径向移动，从而根据工件的大小调整夹紧范围。具体的，本实施例中的调整槽407为T型槽，所述夹紧螺丝406穿过竖直段的端部滑动设置在所述调整槽407内。

在本实施例中，如图3所示，所述工件翻转车5与所述工件卡盘4连接以带动工件卡盘4翻转；所述工件翻转车5包括：支架、翻转电机501以及传动件。

所述支架分别与所述直线模组6、工件卡盘4连接，以使工作卡盘4能够沿直线模组6移动；具体的，如图7所示，所述支架包括对称分布的第一侧支板502、第二侧支板503，以及用于固定所述第一侧支板502和第二侧支板503的连接板504，所述连接板504与所述直线模组6固定，具体是与直线模组6的移动平台固定。

为了方便安装工件卡盘4，本实施例中，如图3所示，所述第一侧支板502和第二侧支板503呈类似直角三角结构，即直角三角结构的两个尖端处均设有平台以便于连接，所述第一侧支板502和第二侧支板503之间通过转轴可转动设置有所述工件卡盘4。

具体的，如图3所示，第一侧支板502和第二侧支板503的长度以连接板504位于直线模组6的左侧加工位时，工件卡盘4的圆心正好与工件真空室2的中心对正为准，但是并不局限于此。

在本实施例中，如图8所示，所述翻转电机501同样设置在第一侧支板502和第二侧支板503之间，且翻转电机501靠近第二侧支板503设置，翻转电机501的输出轴与所述传动件连接。

在本实施例中，所述传动件包括与所述翻转电机501的输出轴连接的主动轮505、设置在所述转轴上的从动轮506、以及绕设在所述主动轮505和从动轮506上的同步带，翻转电机501工作带动主动轮505转动，进一步带动从动轮506、转轴转动，从而带动工件卡盘4翻转180°。本发明的主动轮505和从动轮506可以是链轮、也可以是皮带轮，本发明不做具体限制，在另一个实施例中，也可以直接通过翻转电机501带动转轴转动，此时则可以不设置传动件。

为了使工件卡盘4移动到与后述离子源101位置对应处，或者使工件卡盘4偏离后述离子源位置以进行工件的安装拆卸，本实施例在工件真空室2的顶部设置有直线模组6，工件翻转车5通过连接板504与直线模组6的移动平台固定，从而使工件翻转车5能够沿直线模组6移动。本实施例中，直线模组6采用吊装方式设置在工件真空室2内，但是并不局限于此。

为了对工件翻转车5在直线模组6上的移动位置进行限位，如图3所示，所述直线模组上设有第一限位传感器601和第二限位传感器602，第一限位传感器601设置在直线模组6的左侧，用于限定工件翻转车5的加工位置，第二限位传感器602设置在直线模组6的右侧，用于限定工件翻转车5的换料位置。

当工件加工完毕需要换料时，打开工件真空室2右侧的室门201，工件翻转车5沿直线模组6移动到第二限位传感器602位置时，第二限位传感器602触发，系统控制工件翻转车5停止移动；当工件更换完毕后，工件翻转车5沿直线模组6反向移动，当移动到加工位置处时，第一限位传感器601触发，系统控制工件翻转车5停止移动进行加工。

在本实施例中，如图2所示，所述离子源真空室1位于工件真空室2的下方，内部设有：离子源101、离子源运动系统102、中和器以及法拉第杯103。

所述离子源101设置在离子源运动系统102的顶部，且离子源101的发射端竖直向上，以对位于工件真空室2内的待加工工件进行加工，离子源运动系统102用于带动离子源101进行三维移动。

所述法拉第杯103设置在所述离子源真空室1的顶部，本实施例中，如图1所示，设置在离子源真空室1的左侧顶部，法拉第杯103是一种用来测量带电粒子入射强度的真空侦测器，测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量。加装法拉第杯103后，每次在加工零件前可以进行法拉第扫描，通过信号放大器来对离子源101发出的离子束的束流强度进行监控，若法拉第杯102测试的束流强度或电流与坐标的曲线不平滑，则可判断离子源101性能故障，需要调整离子源101的参数，若曲线不对称，则进行X轴Y轴偏移补偿。

通过上述加工系统对工件进行加工的方法，包括以下步骤：

(1)安装工件：先在工件真空室2的工件卡盘4上把工件安装好，然后使工件翻转车5带动工件翻转至加工面朝下，系统控制工件翻转车5沿直线模组移动到待加工位置，再关闭工件真空室2，将工件真空室2抽气至真空工作室中的压力状态。

(2)真空环境下离子束超精密加工：先对离子源101进行法拉第扫描，参数正常后打开离子源真空室1与工件真空室2之间的大型插板阀3，系统控制离子源101开始加工.

(3)取出工件：先关闭插板阀3，打开工件真空室2，系统控制工件翻转车5运动至换料位置，再通过工件翻转车5将工件翻面，使加工面朝上，最后取出工件。

本发明通过加入工件翻转车5，可以使工人轻易的安装工件，而不需要连工件卡盘4一起搬运下来，大大提高了工作效率，降低了工作强度。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.双真空室离子束加工系统，包括相互连通的离子源真空室和工件真空室，其特征在于，所述工件真空室内设有：

工件翻移组件，吊装在工件真空室内，用于固定待加工工件，并带动待加工工件在工件真空室内移动、翻转。

2.根据权利要求1所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述离子源真空室和工件真空室上下设置，且所述工件真空室设置在离子源真空室的上方。

3.根据权利要求2所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述工件翻移组件包括：

工件卡盘，用于安装固定待加工工件；

工件翻转车，与所述工件卡盘连接以带动工件卡盘翻转；

直线模组，设置在工件真空室的顶部，用于固定所述工件翻转车，并使工件翻转车移动。

4.根据权利要求3所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述工件卡盘包括卡盘本体、以及用于将待加工工件与卡盘本体连接的锁紧件；所述锁紧件包括：

夹板，呈L型结构，包括与卡盘本体表面平行的水平段，以及与卡盘本体表面垂直的竖直段；

顶紧螺丝，穿设在所述水平段上用于将夹板与卡盘本体连接；

工件挂钩、垫块，分设在所述竖直段的两端用于夹紧待加工工件，所述垫块沿竖直段可移动设置，以匹配不同厚度的待加工工件。

5.根据权利要求4所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述夹板沿卡盘本体的径向可移动设置，以匹配不同大小的待加工工件。

6.根据权利要求3所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述工件翻转车包括：

支架，分别与所述直线模组、工件卡盘连接；

翻转电机，设置在所述支架上；

传动件，一端与翻转电机的输出轴连接，另一端与工件卡盘连接，以通过翻转电机带动工件卡盘翻转。

7.根据权利要求6所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述支架包括两个侧支板、以及用于固定两个所述侧支板的连接板；两个所述侧支板之间通过转轴可转动设置有所述工件卡盘；

所述传动件包括与所述翻转电机的输出轴连接的主动轮、设置在所述转轴上的从动轮、以及绕设在所述主动轮和从动轮上的同步带。

8.根据权利要求3所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述直线模组上设有：

第一限位传感器，用于限定工件翻转车的加工位置；

第二限位传感器，用于限定工件翻转车的换料位置。

9.根据权利要求2所述的双真空室离子束加工系统，其特征在于，所述离子源真空室内设有：离子源和法拉第杯；

所述离子源的发射端竖直向上，以对位于工件真空室内的待加工工件进行加工；

所述法拉第杯设置在所述离子源真空室的顶部，用于对离子源发出的离子束的束流强度进行监控。

10.一种如权利要求1-9任一所述的双真空室离子束加工系统的加工方法，其特征在于，先将工件安装在真空室的工件翻移组件上，然后使工件翻移组件带动工件翻转至加工面朝下，并控制工件翻移组件移动到待加工位置，最后关闭工件真空室，将工件真空室抽气至真空工作室中的压力状态。

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