CN114536113B - 一种负压装置及离子束抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负压装置及离子束抛光机，涉及高端精密装备加工领域，解决了现有离子束抛光机在抛光精密工件时表面产生缺陷的问题，其技术方案要点是：一种用于在离子束周边形成负压区的负压装置，所述离子束由离子束抛光机的离子源生成；所述负压装置包括负压罩，所述负压罩用于设置在离子束周边。达到消除或减少精密工件麻点缺陷的问题。

Description

一种负压装置及离子束抛光机

技术领域

本发明涉及一种高端精密抛光设备，更具体地说，它涉及一种负压装置及离子束抛光机。

背景技术

离子束抛光被认为是目前最好的光学元件面型精修技术，其优势在于非接触式抛光和原子量级去除，既保证了光学零件在抛光过程中不被损伤，又达到了面型精确去除的目的。离子束抛光的原理为，使用聚焦离子束轰击工件表面，离子和工件原子之间以及工件原子相互之间发生复杂的级联碰撞，从而实现光学元件表面的确定性去除，达到修正面形误差的目的。但在离子束轰击过程中，能量离子同样会碰撞工件表面已经逸出的分子或原子，这会形成工件颗粒的二次溅射，会在工件表面形成细麻点，这些麻点破坏了工件原有的表面光洁度和粗糙度，针对要求不高的工件，此类缺陷能够接受；但针对高精度的工件，此类缺陷无法消除，就需要在离子抛光后，通过化学等其他方式进行二次抛光。

发明内容

第一方面，本发明提供一种负压装置，可以用于改进离子抛光机，通过在离子抛光机上增加该负压装置，可以达到减少二次溅射的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于在离子束周边形成负压区的负压装置，所述离子束由离子束抛光机的离子源生成；所述负压装置包括负压罩，所述负压罩用于设置在离子束周边。所述负压罩与真空装置连接。

本装置采用负压吸附的原理，负压罩在离子束的轰击范围的周边形成负压区，把离子束抛光过程中溅射出来的工件粒子直接吸走，减少二次溅射的风险；真空装置可以为真空泵，通过真空泵可以为负压区提供源源不断吸力，使其保持负压状态。值得说明的是，离子束抛光一般需要在真空环境中进行，真空度8×10^-3帕左右；优选的1×10^-3~10×10^-3帕；在这种情况下使用时，本装置可以为负压区提供更高的真空度；也就是说负压区内的真空度比加工环境真空度更高；当负压区的真空度比加工环境的真空度更高时，负压区对加工环境中的粒子就具有较强的吸附能力，能够有效地防止加工环境中的粒子对工件表面形成的二次溅射。为了达到更好的吸附效果，负压区的真空度比加工环境中的真空度高一个数量级。

第二方面，本发明提供了一种离子束抛光机，使用该离子束抛光机可以有效减少工件表面因为二次溅射而造成的产品缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供一种离子束抛光机，所述抛光机具有离子源，所述离子源用于生成离子束，还包括设置在离子束周边形成负压区的负压装置。

在离子束加工的工作环境中，离子源发出的聚焦离子束，轰击到工件的表面，工件表面在离子的轰击下逸出的原子或分子，在负压装置的作用下进入负压区，进而远离离子束，避免接触到高速运动的离子，溅射至工件表面，造成麻点等产品缺陷。

进一步的，所述负压装置包括负压罩，负压罩用于包围离子束。

离子束抛光的过程中，工件上逸出的粒子朝四周运动，负压装置的负压罩包围离子束，可以更加有效地吸收逸出的粒子。达到更好的防止缺陷的效果。

进一步的，所述负压罩靠近离子束的表面设置有石墨层。

负压罩设置于离子束的周边，离子束在喷射的过程中，部分离子会产生散射的现象，散射的粒子同样具有较高的能量。散射离子在与负压罩碰撞的过程中，同样有一定的机会产生逃逸的粒子。为了避免上述情况的产生，在负压罩靠近离子束的表面上设置石墨层，通过石墨层吸收散射的粒子，可以起到减少负压罩逃逸粒子的效果。

进一步的，所述负压罩与真空泵连接。

通过真空泵可以为负压罩提供持续稳定的动力，使负压罩成型的负压区保持负压状态。

进一步的，所述负压装置具有连接部，负压罩与连接部连接；所述连接部与离子源连接。

负压罩通过连接部与离子源连接，可以使负压罩与离子源的相对位置固定，进而使离子源发出的离子束与负压罩的相对位置固定。工件抛光的过程中，离子源与工件相对移动，才能得到对工件所需表面完整的抛光效果。将离子源与负压罩相对固定，可以避免离子源在移动的过程中，负压罩错位，影响抛光效果和吸收逸出粒子的效果。

进一步的，所述连接部具有安装部；连接部与安装部内部具有连通的空腔，所述空腔与负压区连通，所述安装部与真空泵连通。

在连接部上，单独设置安装部用于与真空泵的连接，可以减少负压罩本身的受力。另外，安装部可以提供更多的空间，方便安装与真空泵连通的管道。

进一步的，所述负压罩下端设置有冷却部，冷却部上设置有冷却管，冷却管用于接通冷却水。

离子束具有较高的能量，因此会在局部产生较高的问题，当负压罩包围离子束的情况下，负压罩内部形成负压区。由于离子束对负压区内的加热效果，会导致负压区内的压强上升，进而影响真空泵对负压区的吸收效果。通过冷却水，可以降低局部的温度，进而使该区域的压强低于其他区域，将真空泵的连接点设置于该区域，可以产生更好的吸收效果。

进一步的，冷却部下端设置有限位台。

通过限位台，可以使负压装置与离子源更好地固定，防止在移动过程中脱落。

本发明中，为了使离子束能够顺利地通过，负压罩形状与离子源的形状相匹配。负压罩的横截面积大于离子源出口的横截面积；一般大5%~20%。

本实发明中表述的包围离子束或设置于离子束周边等类似用词，指的是使用时的状态，以此来更加清楚地表示装置的结构。因此，离子束本身不对权利要求所保护的范围构成限定作用，也就是说使用本专利中涉及的装置，即是离子源未启动，没有离子束产生，也在本专利所要求的保护范围内。

综上所述：在离子抛光过程中，采用本发明所提供的负压装置或离子抛光机，可以达到吸收逃逸粒子，降低二次溅射风险，减少或消除工件表面麻点，提高工件良品率的效果。

附图说明

图1：实施例1负压罩第一种实施方式剖面图

图2：实施例1负压罩第二种实施方式立体图

图3：实施例1负压罩第三种实施方式剖面图

图4：实施例1连接部第一种实施方式立体图

图5：实施例2立体图

图6：是图5沿A-A剖面图

图7：实施例2另一角度的立体图

图8：实施例3示意图

图9：实施例4离子源和负压罩示意图

图中：1、负压罩；10、负压区；11、外罩；12、内罩；13、石墨层；2、真空管；21、安装部；22、真空接口；23、真空泵；3、紧箍；31、支架；4、连接部；41、安装孔；42、冷却部；43、冷却管；44、限位台；5、离子源；51、离子源出口；52、离子源安装结构；53、离子束；6、工件；61、工件安装结构；7、真空室。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上，该“连接”不限定固定连接或活动连接，具体连接方式应根据所要解决的具体技术问题来判断。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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、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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1：

本实施例提供一种负压装置，可以用于改进离子抛光机，通过在离子抛光机上增加该负压装置，可以达到减少二次溅射的目的。

本实施例提供了一种负压装置用于在离子束53周边形成负压区10，所述离子束53由离子束53抛光机的离子源5生成；所述负压装置包括负压罩1，所述负压罩1用于设置在离子束53周边。所述负压罩1与真空装置连接，所述真空装置为真空泵23；所述负压罩1具有连接部4，所述连接部4用于固定负压罩1。

负压罩1的形状可以根据离子源5或离子焰等因素选择合适横截面的形状；例如圆形或矩形；只要在本发明的构思范围内，均在本专利的保护范围。在此前提条件下，给出了如下几种具体的实施方式：

如图1所示，给出了负压罩1的第一种实施方式，负压罩1呈上下贯穿的筒状，使用状态下，负压罩1的一端朝向工件6表面，另一端朝向离子源5，离子束53穿过负压罩1轰击工件6表面；负压罩1的侧壁上连接有真空管2，真空管2与真空泵23连通；开启真空泵23，圆筒状的负压罩1内部形成负压区10。

优选的，负压罩1侧壁上具有对称连接有两根真空管2；通过设置两根真空管2，负压罩1内部的气压更加平衡，有利于粒子的吸附。

优选的所述负压罩1靠近工件6的一端呈敞口状，其目的也是便于吸附更多粒子。

优选的，负压罩1内表面设置石墨环。

如图2所示，给出了负压罩1的第二种实施方式，所述负压罩1呈上下贯穿的筒状，所述负压罩1的本体具有内罩12和外罩11，内罩12和外罩11的底部连接，外罩11的侧壁上设置有真空管2，真空管2与真空泵23连通。工作时，负压罩1的上部朝向工件6，底部朝向离子源5；内罩12的中间为离子束53的通道，离子束53通过内罩12中间贯穿的通道轰击工件6表面；真空泵23启动后，内罩12和外罩11之间的区域形成负压区10，吸附工件6表面逸出的粒子。

优选的，内罩12上靠近离子束53一侧表面设置有石墨层。

内罩12的尺寸，以不影响离子束53运动为宜。一般内罩12直径大于离子源出口51直径的5%~20%；若离子源出口51为矩形，与之相匹配的横截面为矩形的内罩12，其横截面即大于离子束53出口5%~20%。离子源出口51即离子脱离离子源5的出口；离子脱离离子源5形成离子束53。

如图3所示，给出了负压罩1的第三种实施方式，所述负压罩1呈圆筒状，其内部中空；所述圆筒状的负压罩1上表面开设有离子束53出口，下表面开设有离子束53入口；负压罩1的侧壁与真空管2连通。

优选的，所述离子束53出口处设置有向外突出的敞口，可以增加对逸出离子的吸附效果。

如图4所示，给出了连接部4的第一种实施方式，所述连接部4包括支架31和紧箍3，所述支架31一端与负压罩1连接，另一端与紧箍3连接，使用时，通过紧箍3即可将负压罩1固定于离子源5上。

在其他可能的实施例中，负压罩1所匹配的离子源5位置固定，工件6可以通过机械臂相对离子源5移动，在这种情况下，负压罩1也可以通过连接部4与其他部件连接，使得负压罩1与离子源5位置相对固定。连接方式可以多种，此处不再赘述。

实施例2

本实施例提供一种带有冷却装置的负压装置，可以用于改进离子抛光机，通过在离子抛光机上增加该负压装置，可以达到减少二次溅射的目的。

如图5~7所示，本实施例提供了一种带有冷却装置的负压装置用于在离子束53周边形成负压区10，所述离子束53由离子束53抛光机的离子源5生成；所述负压装置包括负压罩1，所述负压罩1用于设置在离子束53周边。所述负压罩1与真空装置连接，所述真空装置为真空泵23；所述负压罩1具有连接部4，所述连接部4用于固定负压罩1；还包括冷却部42，冷却部42上有冷却管43，冷却管43用于接通冷却水。

所述负压罩1呈上下贯通的筒状，使用时，负压罩1内部为负压区10。负压罩1下端为连接部4，连接部4的直径大于负压罩1，连接部4上设置有安装部21，连接部4和安装部21具有连通的空腔，所述空腔与负压区10连通；所述安装部21上有真空接口22，通过与真空管2连通；真空管2与真空泵23连通。

优选的，具有两个安装部21，安装部21对称地设置于连接部4两端。

优选的，所述负压罩1内侧设置有石墨层13。

连接部4下端设置有冷却部42，冷却部42上缠绕有冷却管43；冷却部42的下端设置有限位台44，限位台44的尺寸与离子源5发射极尺寸相适应；冷却部42中间设置有离子束53通道，所述通道与负压罩1形成的负压区10连通。离子束53具有较高的能量，因此会在局部产生较高的问题，当负压罩1包围离子束53的情况下，负压罩1内部形成负压区10。由于离子束53对负压区10内的加热效果，会导致负压区10内的压强上升，进而影响真空泵23对负压区10的吸收效果。通过冷却水，可以降低局部的温度，进而使该区域的压强低于其他区域，将真空泵23的连接点设置于该区域，可以产生更好的吸收效果。

连接部4上设置有安装孔41，安装孔41贯穿连接部4的空腔和冷却部42；离子源5上设置有与安装孔41位置相适应的螺孔，螺栓穿过安装孔41，可以将负压装置与。

优选的，安装孔41不与连接部4的空腔连通，可以增加负压区10和腔体的密封性。

实施例3

本实施例提供了一种离子束53抛光机，使用该离子束53抛光机可以有效减少工件6表面因为二次溅射而造成的产品缺陷。

为了达到上述目的，本实施例提供一种离子束53抛光机，所述抛光机具有离子源5，所述离子源5用于生成离子束53，还包括设置在离子束53周边形成负压区10的负压装置。所述负压装置可以采用实施例1或实施例2中所记载的方案。

如图8所示，本实施例给出了离子束53抛光机的第一种实施方式。包括真空室7，所述真空室7有真空泵23提供真空环境，真空度一般为8×10^-3帕左右；真空室7内具有工件安装结构61，用于安装抛光工件6，优选的工件安装结构61具有多个自由度，可以相对工件6移动；工件安装结构61为常规技术，此处不再赘述。

真空室7内还具有离子源安装结构52，所述离子源安装结构52用于安装离子源5；优选的，所述离子源安装结构52具有多个自由度，可以使离子源5相对工件6移动；离子源安装结构52为常规技术，此处不再赘述。

还包括负压装置，负压装置包括负压罩1，所述负压罩1呈上下贯通的筒状，使用时，负压罩1内部为负压区10。负压罩1下端为连接部4，连接部4的直径大于负压罩1，连接部4上设置有安装部21，连接部4和安装部21具有连通的空腔，所述空腔与负压区10连通；所述安装部21上有真空接口22，通过与真空管2连通；真空管2与真空泵23连通；为负压区10提供负压的真空泵23与真空室7所使用的真空泵23相互独立；即负压区10的真空度由独立的真空泵23提供。负压区10内部压强低于真空室7内的真空度。因此在，负压区10与真空室7的交界处，会形成较强的吸附力，用于吸附逃逸或溅射的粒子。

优选的所述真空管2为真空软管。

优选的，具有两个安装部21，安装部21对称地设置于连接部4两端。

优选的，所述负压罩1内设置有石墨层。

优选的，所述筒状负压罩1内径略大于离子源出口51的直径，以尽量不影响离子束53的运动为准。一般负压罩1的内径比离子源出口51的直径大5%~20%；若离子源出口51为矩形，负压罩1的横截面积，相比矩形离子源出口51的横截面积大5%~20%。

连接部4下端设置有冷却部42，冷却部42上缠绕有冷却管43；冷却部42的下端设置有限位台44，限位台44的尺寸与离子源5发射极尺寸相适应；冷却部42中间设置有离子束53通道，所述通道与负压罩1形成的负压区10连通。离子束53具有较高的能量，因此会在局部产生较高的问题，当负压罩1包围离子束53的情况下，负压罩1内部形成负压区10。由于离子束53对负压区10内的加热效果，会导致负压区10内的压强上升，进而影响真空泵23对负压区10的吸收效果。通过冷却水，可以降低局部的温度，进而使该区域的压强低于其他区域，将真空泵23的连接点设置于该区域，可以产生更好的吸收效果。

连接部4上设置有安装孔41，安装孔41贯穿连接部4的空腔和冷却部42；离子源5上设置有与安装孔41位置相适应的螺孔，螺栓穿过安装孔41，可以将负压装置与。

优选的，安装孔41不与连接部4的空腔连通，可以增加负压区10和腔体的密封性。

所述离子源5发射极上设置有螺孔，螺栓穿过安装孔41与螺孔连接，此时离子源5与负压罩1相对固定，离子源5的移动不影响负压罩1的吸附功能。

安装后，所述负压罩1的上沿，距离工件2~5cm。在这个距离范围内，既不影响离子束53对工件6的抛光，又能起到较好的吸收溅出粒子的效果。

实施例4

如图9所示，本实施例给处理离子束53抛光机的第二种实施方式。

包括真空室7，所述真空室7有真空泵23提供真空环境，真空度一般为8×10^-3帕左右；真空室7内具有工件安装结构61，用于安装抛光工件6，优选的工件安装结构61具有多个自由度，可以相对工件6移动；工件安装结构61为常规技术，此处不再赘述。

真空室7内还具有离子源安装结构52，所述离子源安装结构52用于安装离子源5；优选的，所述离子源安装结构52具有多个自由度，可以使离子源5相对工件6移动；离子源安装结构52为常规技术，此处不再赘述。

还包括负压装置，负压装置包括负压单元，所述负压单元包括负压罩1，所述负压罩1呈上下贯通的筒状；负压罩1侧壁上设置有真空管2。

优选的负压罩1的下端封闭，可以具有更好的吸附力；进一步的，真空管2可以设置于侧壁或者筒状负压罩1的底部。

具有多个负压单元，所述多个负压单元围绕工作状态下的离子束53排列，在离子束53周围形成多个独立的负压区10。

还包括连接部4，所述连接部4包括紧箍3和支架31，所述支架31固定于紧箍3上；所述支架31数量与负压单元数量相对应，支架31分别与负压单元相固定。

本发明不仅限于上述实施例，在本发明构思范围内，将上述实施例中各特征的组合，达到本发明的技术效果，均在本专利的保护范围内。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种用于在离子束周边形成负压区的负压装置，其特征是：所述离子束（53）由离子束抛光机的离子源（5）生成；所述负压装置包括负压罩（1），所述负压罩（1）用于设置在离子束（53）周边；所述负压装置提供的负压区，其真空度比离子束抛光机加工环境真空度更高；负压装置可以吸取离子抛光过程中工件表面逃逸的原子或分子。

2.一种离子束抛光机，所述抛光机具有离子源（5），所述离子源（5）用于生成离子束（53），其特征是：包括设置在离子束（53）周边形成负压区（10）的负压装置；所述负压装置提供的负压区，其真空度比离子束抛光机加工环境真空度更高；负压装置可以吸取离子抛光过程中工件表面逃逸的原子或分子。

3.根据权利要求2所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述负压装置包括负压罩（1），负压罩（1）用于设置在离子束周边（53）。

4.根据权利要求3所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述负压罩（1）靠近离子束（53）的表面设置有石墨层。

5.根据权利要求3所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述负压罩（1）与真空泵（23）连接。

6.根据权利要求5所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述负压装置具有连接部（4），负压罩（1）与连接部（4）连接；所述连接部（4）与离子源（5）连接。

7.根据权利要求6所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述连接部（4）具有安装部（21）；连接部（4）与安装部（21）内部具有连通的空腔，所述空腔与负压区（10）连通，所述安装部（21）与真空泵（23）连通。

8.根据权利要求7所述的一种离子束抛光机，其特征是：所述负压罩（1）下端设置有冷却部（42），冷却部（42）上设置有冷却管（43），冷却管（43）用于接通冷却水。

9.根据权利要求8所述的一种离子束抛光机，其特征是：冷却部（42）下端设置有限位台（44）。

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