CN113695991A - 一种光学元件离子束抛光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件离子束抛光加工装置，解决现有采用三轴运动或五轴运动平台抛光装置操作复杂、灵巧度差、制造昂贵的技术问题。本发明包括支撑底座，设于支撑底座上的真空室，设于真空室内的主机平台，设于主机平台上的支撑板，设于支撑板上用于夹取待抛光光学工件的光学工件夹具，以及设于主机平台上用于提供可移动离子束的运动机构；运动机构包括设于主机平台上的水平运动机构、设于水平运动机构上的竖直移动机构、以及设于竖直移动机构上安装有离子源的三轴并联机构。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，安装调试方便，由水平竖直串联运动结合三轴并联运动的混联移动，可灵活变化抛光角度，方便实现离子束在任意空间的可达性。

Description

一种光学元件离子束抛光加工装置

技术领域

本发明属于离子束抛光设备技术领域，具体涉及一种光学元件离子束抛光加工装置。

背景技术

等离子也称为物质的第四态，是一种电磁气态放电现象，使气态粒子部分电离，这种被电离的气体包括原子、分子、原子团、离子和电子。等离子在高温高压下，电子会脱离原子核而跑出来，原子核就形成了一个带正电的离子，当这些离子达到一定数量的时候可以成为等离子态，等离子态能量很大，当这些等离子和要抛光的物体摩擦时，顷刻间会使物体达到表面光亮的效果。

离子束抛光技术是利用离子溅射原理，通过在真空状态下离子源引束产生等离子体能量束流，束流轰击工件表面产生原子级别的材料去除从而实现光学元件的高精度加工。传统离子束抛光设备多采用直线运动单元来构成三轴运动平台或采用五轴联动运动平台对离子源的运动及姿态进行实时控制，然而传统五轴运动平台较为复杂，结构庞大，其制造成本昂贵，且安装调试复杂且较不方便。

因此，本发明提供了一种光学元件离子束抛光加工装置，便于简化安装调试和灵活变化抛光角度，达到更具高性价比和更普适性的抛光系统，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种光学元件离子束抛光加工装置，解决现有采用三轴运动或五轴运动平台抛光装置操作复杂、灵巧度差、制造昂贵的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光学元件离子束抛光加工装置包括支撑底座，设于支撑底座上用于提供真空环境的真空室，设于真空室内的主机平台，设于主机平台上的支撑板，设于支撑板上用于夹取待抛光光学工件的光学工件夹具，以及设于主机平台上的用于提供可移动离子束的运动机构；

运动机构包括设于主机平台上的水平运动机构、设于水平运动机构上的竖直移动机构、以及设于竖直移动机构上用于放置离子源的三轴并联机构。

进一步地，水平运动机构包括设于主机平台上的滑台底座，设于滑台底座上的滑台丝杠，滑动套装于滑台丝杠外的第一套筒，以及设于第一套筒上的滑台。

进一步地，滑台底座顶面开设上的安装槽，滑台丝杠设于安装槽内；滑台底座顶面开设有关于滑台丝杠对称分布的两个滑台导轨，每个滑台导轨内滑动嵌装有与滑台相连的滑台导轨滑块。

进一步地，滑台丝杠一端连接有驱动滑台丝杠转动的第一正反转伺服电机，另一端设于滑台丝杠座内。

进一步地，竖直移动机构包括设于滑台上的立柱，设于立柱上的固定座，套装于固定座内的立柱丝杠，滑动套装于立柱丝杠外的第二套筒，以及设于第二套筒上的立柱滑板。

进一步地，立柱丝杠一端连接有驱动立柱丝杠转动的第二正反转伺服电机，另一端设于立柱丝杠座内，滑台丝杠座固定于立柱上。

进一步地，三轴并联机构包括设于立柱滑板上的定平台和与定平台相连用于安装离子源的动平台，定平台与动平台之间均布设有三个电动缸，每个电动缸两端分别通过球铰链与定平台和动平台铰接相连。

进一步地，立柱侧壁开设有关于立柱丝杠对称分布的两个立柱导轨，每个立柱导轨内滑动嵌装有与立柱滑板相连的立柱导轨滑块；滑台与立柱之间设有用于紧固二者的加强板。

进一步地，光学工件夹具单元包括竖直固定于支撑板上的卡盘和若干个均布设于卡盘上用于夹持待抛光光学工件的夹具，夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°；

卡盘上设有若干个螺纹孔，支撑板上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘与支撑板之间通过螺栓连接；

夹具包括螺纹杆和套装于螺纹杆上的夹块，卡盘上开设有用于螺纹杆和夹块安装的嵌装槽，嵌装槽与夹具一一对应。

进一步地，支撑底座底部设有若干个用于调平及增强承压稳定性的垫铁。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有采用三轴运动或五轴运动平台抛光装置操作复杂、灵巧度差、制造昂贵的技术问题，简化了安装调试和灵活变化抛光角度，达到更具高性价比和更普适性的抛光系统。

本发明包括支撑底座、设于支撑底座上的真空室，和设于真空室内的主机平台，主机平台上设有支撑板，支撑板上设有光学工件夹具，主机平台还设有运动机构，其中光学工件夹具用于夹取待抛光光学工件，运动机构用于安装为待抛光光学工件提供抛光离子束的离子源。运动机构包括水平运动机构、设于水平运动机构上的竖直移动机构、以及设于竖直移动机构上的三轴并联机构，实现了离子束抛光的全空间运动。

本发明采用水平竖直移动机构与三轴并联机构混联进行离子束抛光，方便实现离子束在任意空间的可达性，可加工各种类型的光学元件表面，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上具有高灵活性；采用水平竖直移动机构组合结合三轴并联运动的混联结构，原理简单，精度稳定，方便拓展各种尺寸的光学零件抛光；安装调试方便，使用可靠性较高。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明运动机构放大图。

图3为本发明运动机构侧视图。

图4为本发明滑台底座俯视图。

图5为本发明三轴并联机构放大图。

图6为本发明光学工件夹具放大图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-支撑底座，2-真空室，3-主机平台，4-支撑板，5-待抛光光学工件，6-光学工件夹具，7-水平运动机构，8-离子源，9-竖直移动机构，10-滑台底座，11-滑台丝杠，12-第一套筒，13-滑台，14-安装槽，15-第一正反转伺服电机，16-滑台丝杠座，17-滑台导轨，18-滑台导轨滑块，19-立柱，20-固定座，21-立柱丝杠，22-第二套筒，23-定平台，24-动平台，25-第二正反转伺服电机，26-立柱丝杠座，27-电动缸，28-球铰链，29-加强板，30-卡盘，31-螺纹杆，32-夹块，33-嵌装槽，34-垫铁，35-立柱导轨，36-立柱导轨滑块，37-立柱滑板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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”、“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，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或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，本发明提供的一种光学元件离子束抛光加工装置，结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有采用三轴运动或五轴运动平台抛光装置操作复杂、灵巧度差、制造昂贵的技术问题，简化了安装调试和灵活变化抛光角度，达到更具高性价比和更普适性的抛光系统。

本发明包括支撑底座1，设于支撑底座1上用于提供真空环境的真空室2，设于真空室2内的主机平台3，设于主机平台3上的支撑板4，设于支撑板4上用于夹取待抛光光学工件5的光学工件夹具6，以及设于主机平台3上的用于提供可移动离子束的运动机构；所述运动机构包括设于主机平台3上的水平运动机构，设于水平运动机构7上的竖直移动机构9，以及设于竖直移动机构9上用于放置离子源8的三轴并联机构，实现了离子束抛光的全空间运动。

本发明水平运动机构7包括设于主机平台3上的滑台底座10，设于滑台底座10上的滑台丝杠11，滑动套装于滑台丝杠11外的第一套筒12，以及设于第一套筒12上的滑台13。滑台底座10顶面开设上的安装槽14，滑台丝杠11设于安装槽14内；滑台底座10顶面开设有关于滑台丝杠11对称分布的两个滑台导轨17，每个滑台导轨17内滑动嵌装有与滑台13相连的滑台导轨滑块18，滑台13通过滑台导轨滑块18在滑台导轨17内轻松滑动。滑台丝杠11一端连接有驱动滑台丝杠11转动的第一正反转伺服电机15，另一端设于滑台丝杠座16内。

本发明竖直移动机构9包括设于滑台13上的立柱19，设于立柱19上的固定座20，套装于固定座20内的立柱丝杠21，滑动套装于立柱丝杠21外的第二套筒22，设于第二套筒22上的立柱滑板37，立柱丝杠21一端连接有驱动立柱丝杠21转动的第二正反转伺服电机25，另一端设于立柱丝杠座26内，滑台丝杠座26固定于立柱19上。立柱19侧壁开设有关于立柱丝杠21对称分布的两个立柱导轨35，每个立柱导轨35内滑动嵌装有与立柱滑板37相连的立柱导轨滑块36，立柱滑板37通过立柱导轨滑块36在立柱导轨35内轻松滑动。滑台13与立柱19之间还设有加强板29，用于紧固二者的连接，同时用于平衡滑台13上的立柱19与竖直移动机构9，避免整体装置由于受力不均而翻倒。

本发明三轴并联机构包括设于立柱滑板37上的定平台23和与定平台23相连用于安装离子源8的动平台24，定平台23与动平台24之间均布设有三个电动缸27，每个电动缸27两端分别通过球铰链28与定平台23和动平台24铰接相连，电动缸27在两端球铰链28的支撑下进行三杆伸缩，实现动平台24-离子源8的移动调节。

本发明采用水平串联运动结合三轴并联运动的混联移动进行离子束抛光。其中竖直移动机构9通过固定于立柱19上的立柱丝杠21，来实现三轴并联机构整体竖直移动调节；具体操作为：第二正反转伺服电机25转动并驱动与之相连的立柱丝杠21转动，套设于立柱丝杠21外的第二套筒22相对于立柱丝杠21上下移动，带动立柱滑板37通过立柱导轨滑块36在立柱19侧壁的立柱导轨35内上下滑动，进而带动与立柱滑板37相连的三轴并联机构上下移动，竖直方向调节离子源8。除此之外，三轴并联机构还可进行更加精确的角度调节，通过电动缸27和球铰链28以此实现动平台24-离子源8的精准再调节。而水平运动机构7通过滑台丝杠11来驱动滑台13带动竖直移动机构9在水平移动调节；具体操作为：第一正反转伺服电机15转动并驱动与之相连的滑台丝杠11转动，套设于滑台丝杠11外的第一套筒12相对于滑台丝杠11前后移动，进而带动与第一套筒12相连的滑台13通过滑台导轨滑块18在滑台底座10顶面的滑台导轨17内前后滑动，进而带动与滑台13相连的立柱19以及竖直移动机构9整体前后移动，水平方向调节离子源8。

本发明通过水平移动机构7、竖直移动机构9串联结合三轴并联机构的混联，方便实现离子束在任意空间的可达性，可加工各种类型的光学元件表面，尤其是对非球面光学元件和自由曲面光学元件抛光上具有高灵活性；通过水平和竖直串联运动结合三轴并联运动的混联结构，设备原理简单，精度稳定，方便拓展各种尺寸的光学零件抛光；安装调试方便，使用可靠性较高。

本发明光学工件夹具单元6包括竖直固定于支撑板4上的卡盘30和若干个均布设于卡盘30上用于夹持待抛光光学工件5的夹具，卡盘30上设有若干个螺纹孔，支撑板4上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘30与支撑板4之间通过螺栓连接。所述螺栓可拆卸连接便于光学工件夹具单元6的更换以及装置的搬运。

本发明夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°。夹具包括螺纹杆31和套装于螺纹杆31上的夹块32，卡盘30上开设有用于螺纹杆31和夹块32安装的嵌装槽33，嵌装槽33与夹具一一对应。使用时，将待抛光光学工件5放置于三个夹块32内的卡盘30上，分别转动各个螺纹杆31端部，带动螺纹杆31上的夹块32相对运动，直至三个夹块32紧密将待抛光光学工件5夹紧不松动掉落，上述夹具足以发挥稳定作用，也可根据实际增加夹具数量。所述螺纹杆31不仅便于使用人对夹块32的移动调节，同时还能对夹块32锁紧。

本发明支撑底座1底部设有若干个垫铁34，一方面用于调节和平衡支撑底座1，另一方面用于增强支撑底座1的承压稳定性。

本发明所用第一正反转伺服电机15、第二正反转伺服电机25和电动缸27均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于第一正反转伺服电机15、第二正反转伺服电机25和电动缸27的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：包括支撑底座(1)，设于支撑底座(1)上用于提供真空环境的真空室(2)，设于真空室(2)内的主机平台(3)，设于主机平台(3)上的支撑板(4)，设于支撑板(4)上用于夹取待抛光光学工件(5)的光学工件夹具(6)，以及设于主机平台(3)上的用于提供可移动离子束的运动机构；

运动机构包括设于主机平台(3)上的水平运动机构(7)、设于水平运动机构(7)上的竖直移动机构(9)、以及设于竖直移动机构(9)上用于放置离子源(8)的三轴并联机构。

2.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：水平运动机构包括设于主机平台(3)上的滑台底座(10)，设于滑台底座(10)上的滑台丝杠(11)，滑动套装于滑台丝杠(11)外的第一套筒(12)，以及设于第一套筒(12)上的滑台(13)。

3.根据权利要求2所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：滑台底座(10)顶面开设上的安装槽(14)，滑台丝杠(11)设于安装槽(14)内；滑台底座(10)顶面开设有关于滑台丝杠(11)对称分布的两个滑台导轨(17)，每个滑台导轨(17)内滑动嵌装有与滑台(13)相连的滑台导轨滑块(18)。

4.根据权利要求3所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：滑台丝杠(11)一端连接有驱动滑台丝杠(11)转动的第一正反转伺服电机(15)，另一端设于滑台丝杠座(16)内。

5.根据权利要求2所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：竖直移动机构(9)包括设于滑台(13)上的立柱(19)，设于立柱(19)上的固定座(20)，套装于固定座(20)内的立柱丝杠(21)，滑动套装于立柱丝杠(21)外的第二套筒(22)，以及设于第二套筒(22)上的立柱滑板(37)。

6.根据权利要求5所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：立柱丝杠(21)一端连接有驱动立柱丝杠(21)转动的第二正反转伺服电机(25)，另一端设于立柱丝杠座(26)内，滑台丝杠座(26)固定于立柱(19)上。

7.根据权利要求5所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：三轴并联机构包括设于立柱滑板(37)上的定平台(23)和与定平台(23)相连用于安装离子源(8)的动平台(24)，定平台(23)与动平台(24)之间均布设有三个电动缸(27)，每个电动缸(27)两端分别通过球铰链(28)与定平台(23)和动平台(24)铰接相连。

8.根据权利要求5所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：立柱(19)侧壁开设有关于立柱丝杠(21)对称分布的两个立柱导轨(35)，每个立柱导轨(35)内滑动嵌装有与立柱滑板(37)相连的立柱导轨滑块(36)；滑台(13)与立柱(19)之间设有用于紧固二者的加强板(29)。

9.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：光学工件夹具单元(6)包括竖直固定于支撑板(4)上的卡盘(30)和若干个均布设于卡盘(30)上用于夹持待抛光光学工件(5)的夹具，夹具有三个，相邻夹具之间的角度为120°；

卡盘(30)上设有若干个螺纹孔，支撑板(4)上设有若干个与螺纹孔相适配的螺纹盲孔，卡盘(30)与支撑板(4)之间通过螺栓连接；

夹具包括螺纹杆(31)和套装于螺纹杆(31)上的夹块(32)，卡盘(30)上开设有用于螺纹杆(31)和夹块(32)安装的嵌装槽(33)，嵌装槽(33)与夹具一一对应。

10.根据权利要求1所述的一种光学元件离子束抛光加工装置，其特征在于：支撑底座(1)底部设有若干个用于调平及增强承压稳定性的垫铁(34)。

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