CN113263391A - 一种光学元件表面粗糙度加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学元件加工领域，公开了一种光学元件表面粗糙度加工装置，包括配置有抛光液的存储槽、承载有待加工光学元件的承载组件、用于对待加工光学元件表面粗糙度加工的抛光组件、以及施压组件，抛光组件包括抛光轮和用于驱动抛光轮做回转运动的第一驱动机构，抛光轮的硬度及弹性模量远低于待加工光学元件，施压组件用于给抛光轮施加靠向待加工光学元件的载荷，抛光轮和待加工光学元件均置于抛光液中，在施压组件的作用下，抛光轮与待加工光学元件接触的部位能够产生形变，抛光轮形变处与待加工光学元件之间形成液膜以使抛光轮与待加工光学元件之间为非接触抛光，可以改善光学元件的表面粗糙度，并使得待加工光学元件表面没有亚表面损伤。

Description

一种光学元件表面粗糙度加工装置

技术领域

本发明涉及光学元件加工技术领域，尤其涉及一种可以实现在平面、球面、非球面或自由曲面光学元件表面粗糙度加工装置。

背景技术

在高精度光学加工领域，光学系统中的透射或反射光学元件，一般有平面镜、球面镜、非球面镜和自由曲面镜等类型，加工过程一般经过铣磨、研磨、预抛光、精修抛光、改善粗糙度等阶段。随着精密光学系统对光学元件的精度要求越来越高，特别是对光学元件表面的粗糙度要求越来越高，在特殊应用下还要求光学元件无亚表面损伤。

在改善粗糙度工艺中，传统方式是通过接触式平滑盘与光学元件的相对运动，实现抛光液中的抛光粉在元件表面的刻划，进而提高表面粗糙度，但是这种方式会在光学元件表面留下亚表面损伤层，后来发展出浮法抛光方法，该方法使元件浮于抛光盘表面进行相对运动，解决了亚表面损伤层的问题，但是该方法只能针对平面光学元件，对球面、非球面、自由曲面等非平面则无法实现无损伤表面粗糙度的改善。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种光学元件表面粗糙度加工装置，其可以改善光学元件的表面粗糙度，并使得待加工光学元件没有亚表面损伤，而且该装置适用于球面、非球面、自由曲面等非平面的光学元件。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：

一种光学元件表面粗糙度加工装置，包括配置有抛光液的存储槽、承载有待加工光学元件的承载组件、用于对所述待加工光学元件表面粗糙度加工的抛光组件、以及施压组件，所述抛光组件包括抛光轮和用于驱动所述抛光轮做回转运动的第一驱动机构，所述抛光轮的硬度及弹性模量远低于所述待加工光学元件，所述施压组件用于给所述抛光轮施加靠向待加工光学元件的载荷，所述抛光轮和所述待加工光学元件均置于所述抛光液中，在所述施压组件的作用下，所述抛光轮与所述待加工光学元件接触的部位产生形变，所述抛光轮形变处与所述待加工光学元件之间形成液膜。

优选地，所述抛光轮的材料为聚四氟乙烯或聚氨酯弹性体。

优选地，所述第一驱动机构包括电机座、安装在所述电机座上的电机和转接件，所述电机的转轴通过所述转接件与所述抛光轮连接以带动所述抛光轮进行回转运动，所述施压组件与所述电机座连接。

优选地，所述抛光组件还包括用于驱动所述抛光轮相对所述待加工光学元件进行扫描运动的第二驱动机构，所述第二驱动机构被配置为至少有两个方向的移动自由度。

优选地，所述第二驱动机构的移动端与所述电机座通过两个轴承座连接，所述电机座能够相对所述第二驱动机构绕着两个所述轴承座轴线进行转动。

优选地，所述承载组件包括承载件和设置在承载件上用于夹紧所述待加工光学元件的夹紧块，所述夹紧块可相对所述承载件移动。

优选地，所述承载件配置有运动机构，所述运动机构带动待加工光学元件进行位移运动或者转动。

优选地，所述夹紧块设置有三个，三个所述夹紧块呈三角形分布。

优选地，所述施压组件包括配重块、定滑轮和配重绳，所述配重绳的一端与所述电机座连接，配重绳的另一端与所述配重块连接，两者之间通过所述定滑轮传递运动。

优选地，所述光学元件表面粗糙度加工装置还包括框架，所述存储槽安装在所述框架的下部，所述抛光组件安装在所述框架的上部，所述承载组件安装在所述框架的下部，所述施压组件安装在所述框架的中下部。

本发明提供的光学元件表面粗糙度加工装置具有以下优点：

第一，抛光轮形变处与待加工光学元件之间形成稳定的液膜，使得抛光轮与待加工光学元件之间为非接触抛光，从而可以实现原子尺度的去除，改善待加工光学元件的表面粗糙度，并且使得待加工光学元件没有亚表面损伤。

第二，该加工装置不仅适用于平面元件，也可以抛光球面、非球面、自由曲面等元件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光学元件表面粗糙度加工装置的侧视图；

图2是本发明实施例提供的光学元件表面粗糙度加工装置的正视图；

图3是本发明实施例提供的光学元件表面粗糙度加工装置的立体图。

附图标号说明：

10、存储槽；11、抛光液；

20、承载组件；21、承载件；22、夹紧块；

30、抛光组件；31、抛光轮；32、第一驱动机构；321、电机座；322、电机；323、转接件；33、第二驱动机构；34、轴承座；

40、施压组件；41、配重块；42、定滑轮；43、配重绳；

50、框架；

2、待加工光学元件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1至图3所示，其为本发明的一种实施例的光学元件表面粗糙度加工装置，其可以实现在平面、球面、非球面或自由曲面光学元件表面无损伤情况下改善光学元件表面粗糙度。请参阅图1，本申请以X方向为左右方向的右方，以Y方向为前后方向的前方，以Z方向为上下方向的上方。

请参阅图1-图3，本发明实施例的一种光学元件表面粗糙度加工装置，包括配置有抛光液11的存储槽10、承载有待加工光学元件2的承载组件20、用于对待加工光学元件2表面粗糙度加工的抛光组件30、以及施压组件40，抛光组件30包括抛光轮31和用于驱动抛光轮31做回转运动的第一驱动机构32，抛光轮31具有一定的软硬度，抛光轮31的硬度及弹性模量远低于待加工光学元件2，施压组件40用于给抛光轮31施加靠向待加工光学元件2的载荷，抛光轮31和待加工光学元件2均置于抛光液11中，抛光轮31在第一驱动机构32和施压组件40的作用下，对待加工光学元件2表面抛光处理，通过化学作用和物理作用，实现对待加工光学元件2表面原子尺度上的去除，优先对表面微观峰点进行去除，从而改善粗糙度，而且抛光轮31最靠近待加工光学元件2处能够产生形变，抛光轮31形变处与待加工光学元件2之间形成稳定的液膜，使得抛光轮31与待加工光学元件2之间为非接触抛光，从而可以实现原子尺度的去除，并且使得抛光表面没有亚表面损伤。

可以理解地，由于待加工光学元件2硬度及弹性模量远高于抛光轮31，所以在载荷的压力作用下，抛光轮31挤压待加工光学元件2时，抛光轮31最靠近被待加工光学元件2处会有变形，球形抛光轮31变形处变形为一个圆形区域的小平面，此圆形区域的小平面即为抛光斑，球形抛光轮31的抛光斑区域与被待加工光学元件2之间形成一个稳定的液膜。

需要说明的是，该加工装置不仅适用于平面元件，也可以抛光球面、非球面、自由曲面等元件。由于抛光斑很小，因此在抛光曲面元件时，调整待加工光学元件2位置和姿态或者调整抛光轮31的位置和姿态，使施压组件40施加的载荷方向与待加工光学元件2当前抛光点处法线方向一致即可。

需要说明的是，抛光液11可以是硅胶溶液、氧化铝溶液、氧化铈溶液等。存储槽10能够使抛光液11维持在稳定的温度范围。

本发明实施例的光学元件表面粗糙度加工装置具有以下优点：

第一，抛光轮31形变处与待加工光学元件2之间形成稳定的液膜，使得抛光轮31与待加工光学元件2之间为非接触抛光，从而可以实现原子尺度的去除，可以改善待加工光学元件2的表面粗糙度，并且使得待加工光学元件2表面没有亚表面损伤。

第二，该加工装置不仅适用于平面元件，也可以抛光球面、非球面、自由曲面等元件。

优选地，抛光轮31为采用聚四氟乙烯或者聚氨酯弹性体制备而成的球形抛光轮31。即，抛光轮31的材料可以是聚四氟乙烯，也可以是聚氨酯弹性体。当然了，除了上述提及的材料外，抛光轮31还可以采用其他材料，只要能够满足一定的软硬度即可，一般来说抛光轮31的邵氏硬度为90D左右，弹性模量在0.09GPa左右。

优选地，第一驱动机构32包括电机座321、安装在电机座321上的电机322和转接件323，电机322的转轴通过转接件323与抛光轮31连接，带动抛光轮31进行回转运动，从而实现对待加工光学元件2的抛光处理，施压组件40与电机座321连接，第一驱动机构32选择电机322驱动，具有结构简单，运行可靠的优点。可以理解地，第一驱动机构32除了可以采用上述结构，也可以选择其他结构，只要能够驱动抛光轮31做回转运动即可。

抛光组件30还包括用于驱动抛光轮31相对待加工光学元件2进行扫描运动的第二驱动机构33，第二驱动机构33被配置为至少有两个方向的移动自由度，即如图1所示，第二驱动机构33可以驱动抛光轮31沿X轴、Y轴方向运动，或者驱动抛光轮31沿X轴、Z轴方向运动，或者驱动抛光轮31沿Y轴、Z轴方向运动，或者驱动抛光轮31沿X轴、Y轴、Z轴方向运动。

可选地，第二驱动机构33的结构形式可以是并联机构，也可以是串联机构，例如，当第二驱动机构33的结构形式可以是并联机构时，第二驱动机构33包括若干组气缸组成，每组气缸独立运动，分别驱动抛光轮31在不同自由度方向上移动。当第二驱动机构33的结构形式可以是串联机构时，第二驱动机构33包括若干组气缸组成，若干组气缸共同运动，同时驱动抛光轮31移动。

优选地，第二驱动机构33的移动端与电机座321通过两个轴承座34连接，电机座321能够相对第二驱动机构33绕着两个轴承座34轴线进行转动，即在施压组件40的施加的压力，电机座321能够带动抛光轮31靠向待加工光学元件2，通过轴承座34使第二驱动机构33与电机座321形成连接关系，即能够实现第二驱动机构33对抛光轮31的驱动，又不妨碍施压组件40对抛光轮31施加靠向待加工光学元件2的载荷，设计巧妙。

优选地，承载组件20包括承载件21和设置在承载件21上用于夹紧待加工光学元件2的夹紧块22，夹紧块22可相对承载件21移动，能够适用于不同尺寸规格的待加工光学元件2。

具体地，夹紧块22设置有三个，三个夹紧块22呈三角形分布，能够更稳地固定待加工光学元件2。

进一步地，承载件21可以配置有运动机构，运动机构能够带动待加工光学元件2进行位移运动或者转动，同样实现被待加工光学元件2与抛光轮31的扫描运动。这样设计，在抛光轮31具有至少两个方向的移动自由度的基础上，再加上待加工光学元件2具备移动自由度或者转动自由度，能够更方便地调整抛光轮31相对待加工光学元件2的位置与姿态或者待加工光学元件2相对抛光轮31的位置与姿态，从而能够提高该装置的加工精度。

优选地，施压组件40包括配重块41、定滑轮42和配重绳43，配重绳43的一端与电机座321连接，配重绳43的另一端与配重块41连接，两者之间通过定滑轮42传递运动。施压组件40结构简单，实用性强。

优选地，光学元件表面粗糙度加工装置还包括框架50，存储槽10安装在框架50的下部，抛光组件30安装在框架50的上部，承载组件20安装在框架50的下部，施压组件40安装在框架50的中下部，通过设置框架50将存储槽10、承载组件20、抛光组件30以及施压组件40装配为一个整体，集成度高。

具体地，存储槽10安装在框架50的下部，第二驱动机构33固定在框架50顶部，定滑轮42安装在框架50外部。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，包括配置有抛光液的存储槽、承载有待加工光学元件的承载组件、用于对所述待加工光学元件表面粗糙度加工的抛光组件、以及施压组件，所述抛光组件包括抛光轮和用于驱动所述抛光轮做回转运动的第一驱动机构，所述抛光轮的硬度及弹性模量远低于所述待加工光学元件，所述施压组件用于给所述抛光轮施加靠向待加工光学元件的载荷，所述抛光轮和所述待加工光学元件均置于所述抛光液中，在所述施压组件的作用下，所述抛光轮与所述待加工光学元件接触的部位产生形变，所述抛光轮形变处与所述待加工光学元件之间形成液膜。

2.如权利要求1所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述抛光轮的材料为聚四氟乙烯或聚氨酯弹性体。

3.如权利要求1所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括电机座、安装在所述电机座上的电机和转接件，所述电机的转轴通过所述转接件与所述抛光轮连接以带动所述抛光轮进行回转运动，所述施压组件与所述电机座连接。

4.如权利要求3所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述抛光组件还包括用于驱动所述抛光轮相对所述待加工光学元件进行扫描运动的第二驱动机构，所述第二驱动机构被配置为至少有两个方向的移动自由度。

5.如权利要求4所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述第二驱动机构的移动端与所述电机座通过两个轴承座连接，所述电机座能够相对所述第二驱动机构绕着两个所述轴承座轴线进行转动。

6.如权利要求1所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述承载组件包括承载件和设置在承载件上用于夹紧所述待加工光学元件的夹紧块，所述夹紧块可相对所述承载件移动。

7.如权利要求6所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述承载件配置有运动机构，所述运动机构带动待加工光学元件进行位移运动或者转动。

8.如权利要求6所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述夹紧块设置有三个，三个所述夹紧块呈三角形分布。

9.如权利要求3所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述施压组件包括配重块、定滑轮和配重绳，所述配重绳的一端与所述电机座连接，配重绳的另一端与所述配重块连接，两者之间通过所述定滑轮传递运动。

10.如权利要求1所述的光学元件表面粗糙度加工装置，其特征在于，所述光学元件表面粗糙度加工装置还包括框架，所述存储槽安装在所述框架的下部，所述抛光组件安装在所述框架的上部，所述承载组件安装在所述框架的下部，所述施压组件安装在所述框架的中下部。

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