一种流体动压抛光装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术实施例提供了一种流体动压抛光装置。所述装置包括气囊抛光工具、精密测力台、精密位移台以及抛光液供给系统。所述气囊抛光工具使用前需经过精密修整；精密测力台与精密位移台配合实现气囊抛光工具与工件间的间隙精密控制；抛光时，抛光液注入抛光垫与工件的间隙后，气囊抛光工具高速旋转带动抛光液在气囊与工件间产生流体动压，进而实现间隙中的抛光颗粒以一定速度和压力对工件表面进行去除。本实用新型专利技术实施例提出的流体动压抛光装置可实现通过控制工艺参数(如间隙、转速、抛光颗粒大小)改变材料去除量，以满足工件不同工艺目的下的效率需求。所述装置在超精密光学元件上实现纳米级精度的无损伤加工方面具有重要的应用前景。

A hydrodynamic polishing device

The embodiment of the utility model provides a fluid dynamic pressure polishing device. The device comprises an air bag polishing tool, a precision force measuring table, a precision displacement table and a polishing liquid supply system. The gasbag polishing tool requires precise dressing before use; precision measuring platform and precision displacement platform with clearance precision control of the gasbag polishing tool and the workpiece; polishing, polishing liquid is injected into the gap of the polishing pad and the workpiece, the gasbag polishing tool driven by high speed rotating polishing liquid hydrodynamic pressure generated in the airbag and the workpiece between, so as to realize the polishing particles in the gap on the surface of the workpiece are removed at a certain speed and pressure. The utility model is proposed with fluid dynamic pressure polishing device can be realized by controlling the process parameters (such as the gap, speed, polishing particle size) to change the amount of material removal efficiency to meet the needs of different processes to the workpiece. The device has the important application prospect in realizing the nanometer level precision non damage machining on the ultra precision optical element.

【技术实现步骤摘要】
一种流体动压抛光装置
本技术涉及先进光学制造
，具体而言，涉及一种流体动压抛光装置。
技术介绍
精密光学元件利于获得高品质光学特性和高质量图像效果，在航空、航天、国防以及高科技民用领域应用越来越广泛。现代光学系统对光学元件提出了更高的要求，如超高精度、无缺陷、无应力、超光滑等，这些要求对制造提出了更多的挑战。传统光学制造技术已经远远不能适应精密光学元件的广泛需求，光学制造已开始向现代先进光学制造方向转变。针对精密光学元件的制造需求以及传统光学制造技术的弊端，国内外重点发展基于计算机控制光学表面成形(CCOS,computercontrolledopticalsurfacing)原理的各种特种加工技术，包括磁流变抛光技术(MagnetorheologicalFinishing，MRF)、离子束抛光技术(IonBeamFiguring，IBF)、射流抛光技术(Fluidjetpolishing,FJP)等。这些特种加工技术的共同特点如下：研磨抛光工具的“柔度”可以通过计算机的控制而改变，从而强化了工件曲率变化的适应能力，达到了保持去除函数的长期稳定性的目标，甚至可以方便地改变工具的“柔度”以适应不同需求的研抛过程，这一过程也可称为柔性抛光过程。柔性抛光的基本机理包括使用新型抛光工具以及智能材料柔性抛光头。接触柔性抛光(如2000年英国伦敦大学学院提出的气囊抛光、20世纪90年代初美国罗彻斯特大学研究的磁流变抛光)未消除边缘效应；且由于抛光头尺寸的限制很难加工凹形高陡度非球面。针对柔性接触抛光的局限性，1998年荷兰Delft理工大学提出射流抛光方法，依靠动能磨粒流冲击工件表面实现材料的塑性去除，属于非接触柔性抛光。射流抛光无边缘效应；且射流束截面面积小，可加工高陡度深凹非球面。针对极紫外光刻系统(Extremeultravioletlithography,EUVL)中使用的元件加工精度要求，依靠磨粒的机械去除作用很难实现其加工精度，需通过其他加工原理的非接触超精密抛光进行表面修正。如采用连续的粒子流冲击工件表面产生原子级结合(如1987年日本大阪大学提出的弹性发射加工)或离子溅射(如1988年美国新墨西哥大学完善的离子束加工)，以及采用化学方式(如1993年日本大阪大学提出的等离子体化学蒸发加工)实现工件表面材料的原子级去除。不难看出，随着光学元件应用范围的拓展(如低能粒子束聚焦)以及应用精度的提高(如下一代光刻技术)，非球面元件表面质量要求趋向于原子级，要求表面完整，无亚表面损伤与晶格缺陷。使用无接触加工方式来实现原子级的高效无损伤材料去除成为当前特种加工技术的一个发展方向。但是，现有的无接触式加工方法中，大多存在去除函数稳定性差、抛光工具与工件之间间隙难以控制的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种流体动压抛光装置，以改善上述问题。本技术较佳实施例提供一种流体动压抛光装置，该装置包括：气囊抛光工具；用于互相配合以控制所述气囊抛光工具与待抛光工件间隙距离的精密测力台与精密位移台；用于在抛光时向所述气囊抛光工具与待抛光工件之间供给抛光液的抛光液供给系统，以使所述抛光液在被控制转动的气囊抛光工具的带动下在待抛光工件与气囊抛光工具之间产生流体动压；其中，所述精密测力台位于所述精密位移台之上，待抛光工件位于所述精密测力台之上。可选地，所述精密测力台与精密位移台互相配合以控制所述气囊抛光工具与待抛光工件间隙距离的方式包括：所述精密测力台测量所述气囊抛光工具在转动靠近所述待抛光工件的过程中，对所述待抛光工件的作用力是否达到预设压力范围；若对所述待抛光工件的作用力达到了所述预设压力范围，控制所述气囊抛光工具停止转动靠近，并调节所述精密位移台使所述待抛光工件逐渐远离所述气囊抛光工具直至所述精密测力台测量的压力值首次为零。可选地，所述气囊抛光工具包括球形橡胶气囊以及贴附于所述球形橡胶气囊外表面的聚氨酯材质的抛光垫。可选地，该装置还包括用于对所述气囊抛光工具进行修整以矫正存在的误差因素的精密修整工具，其中，所述误差因素包括所述球形橡胶气囊的制造误差、所述抛光垫的厚度误差以及所述球形橡胶气囊与抛光垫的粘贴误差。可选地，所述气囊抛光工具在抛光时倾斜预设角度以使所述气囊抛光工具的转动轴线与待抛光工件加工点的法线形成所述预设角度的进动角。可选地，所述精密测力台还用于检测获取抛光过程中所述待抛光工件被作用的正向力和反向力数据，以用于分析和优化所述抛光过程。可选地，所述抛光液供给系统还用于在抛光时对抛光液供给量和抛光液浓度进行实时控制，并回收从所述气囊抛光工具周围排出的抛光液进行过滤以循环供给。可选地，所述待抛光工件、精密测力台和精密位移台之间通过磁力挡块装夹。可选地，所述精密测力台为检测分辨率小于或等于1牛顿的精密测力仪器。可选地，所述精密位移台为位移分辨率小于或等于0.5微米，行程大于或等于10毫米的精密位移仪器。本技术实施例提供的流体动压抛光装置，通过精密测力台与精密位移台的配合操作保证了气囊抛光工具与待抛光工件之间间隙控制的准确性和重复性，保障了去除函数的稳定性，达到去除函数形态优化的目的。另外，本实施例中的抛光液供给系统能够实现抛光液浓度、抛光液供给量的实时控制，确保了抛光液工作条件的准确控制。本技术实施例提供的装置，可实现控制工艺参数(如间隙、转速、抛光颗粒大小)以改变材料去除量，满足待抛光工件不同工艺目的下的效率需求。此外，上述装置还具备工艺调整冗余大的优点，能够满足科研实验需要，同时也适用于实际工程中精密光学元件高精度、超光滑加工的需要。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。图1为本技术实施例提供的一种流体动压抛光装置的立体结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种应用于图1所示装置的流体动压抛光方法的流程图；图3为本技术实施例提供的图1所示流体动压抛光装置中气囊抛光工具在抛光时的旋转状态示意图；图4为本技术实施例提供的一种气囊抛光工具与待抛光工件临界接触状态示意图；图5A为本技术实施例提供的一实验示例中所得到的去除函数的轮廓检测图；图5B为本技术实施例提供的所述实验示例中所得到的去除函数的三维检测图；图6为图5B所示去除函数X、Y方向的轮廓图。图标：100-流体动压抛光装置；110-气囊抛光工具；120-精密测力台；130-精密位移台；140-抛光液供给系统；200-待抛光工件；300-环形带状区域；400-进动角。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体动压抛光装置，其特征在于，该装置包括：气囊抛光工具；用于互相配合以控制所述气囊抛光工具与待抛光工件之间间隙距离的精密测力台与精密位移台；用于在抛光时向所述气囊抛光工具与待抛光工件之间供给抛光液的抛光液供给系统，以使所述抛光液在被控制转动的气囊抛光工具的带动下在待抛光工件与气囊抛光工具之间产生流体动压；其中，所述精密测力台位于所述精密位移台之上，待抛光工件位于所述精密测力台之上。

【技术特征摘要】
1.一种流体动压抛光装置，其特征在于，该装置包括：气囊抛光工具；用于互相配合以控制所述气囊抛光工具与待抛光工件之间间隙距离的精密测力台与精密位移台；用于在抛光时向所述气囊抛光工具与待抛光工件之间供给抛光液的抛光液供给系统，以使所述抛光液在被控制转动的气囊抛光工具的带动下在待抛光工件与气囊抛光工具之间产生流体动压；其中，所述精密测力台位于所述精密位移台之上，待抛光工件位于所述精密测力台之上。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述精密测力台与精密位移台互相配合以控制所述气囊抛光工具与待抛光工件之间间隙距离的方式包括：所述精密测力台测量所述气囊抛光工具在转动靠近所述待抛光工件的过程中，对所述待抛光工件的作用力是否达到预设压力范围；若对所述待抛光工件的作用力达到了所述预设压力范围，控制所述气囊抛光工具停止转动靠近，并调节所述精密位移台使所述待抛光工件逐渐远离所述气囊抛光工具直至所述精密测力台测量的压力值首次为零。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气囊抛光工具包括球形橡胶气囊以及贴附于所述球形橡胶气囊外表面的聚氨酯材质的抛光垫。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，该装...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟波，陈贤华，文中江，王健，许乔，谢瑞清，赵世杰，李洁，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：新型
国别省市：四川,51