本发明专利技术公开了一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材、发热单元、散热底座、夹具及其定位机构，发射单元发射出离子束并在蓝宝石板材的被抛光表面形成光斑；加热阵列由多个发热单元紧凑排列而成；加热阵列的一面与散热底座压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材的未加工面压紧装配；加热阵列与所述蓝宝石板材相接触的表面积不大于离子束在蓝宝石板材的被抛光表面形成的光斑的面积；散热底座、加热阵列和所述蓝宝石板材通过夹具及其定位机构实现安装和固定；采用本发明专利技术的降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法，可有效避免光学材料特别是高热膨胀系数光学材料在抛光时因热应力而导致开裂的情况。
【技术实现步骤摘要】
一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法
本专利技术属于光学加工
，具体涉及一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，还涉及一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的方法。
技术介绍
离子束抛光是一种超精密的光学加工技术。其原理是将氩气等惰性气体待离子化后，轰击加工件的表面，通过物理溅射效应实现对光学材料的加工。在现有的离子束抛光技术中，离子束以某种特定的扫描轨迹，对被加工的材料进行扫描,抛光过程中离子束的光斑在工件表面的扫描路径、速度、加速度和驻留时间通常是由工件的表面原始数据反馈到离子束加工系统的控制计算机，并且由计算机实时计算来确定的。对大型的光学加工件来说，在特定时间，仅一小块区域被离子束光斑加工。离子束轰击工件表面时，虽然避免了传统工艺中由预压力所产生的表面或亚表面损伤，但物理溅射效应伴随的热效应仍然是十分明显的；以60mm口径的离子束加工600mm(长)X300mm(宽)X8mm(厚)蓝宝石单晶板材为例，被离子束轰击的区域温度达到200℃，而蓝宝石板材在离光斑较远处的温度却仅有30-50℃；在这种情况下，就有可能使蓝宝石材料内部的热应力达到其破坏极限，导致蓝宝石板材开裂；因此，有必要对大尺寸薄板形脆性加工件的离子束抛光技术提供一种降低加工应力的方法，为此我们提出一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法，以解决上述
技术介绍
中提出离子束轰击工件表面时，虽然避免了传统工艺中由预压力所产生的表面或亚表面损伤，但物理溅射效应伴随的热效应仍然是十分明显的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材、发热单元、散热底座、夹具及其定位机构，所述发射单元发射出离子束并在所述蓝宝石板材的被抛光表面形成光斑；所述加热阵列由多个发热单元紧凑排列而成；所述加热阵列的一面与散热底座压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材的未加工面压紧装配；所述加热阵列与所述蓝宝石板材相接触的表面积不大于所述离子束在所述蓝宝石板材的被抛光表面形成的光斑的面积；所述散热底座、所述加热阵列和所述蓝宝石板材通过夹具及其定位机构实现安装和固定。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述发热单元通过热电阻的欧姆原理加热。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述发热单元为红外灯。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述发热单元为采用Peltier效应的热电加热/制冷片。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述散热底座为铜材质或不锈钢水冷式底座。作为本专利技术的一种优选技术方案，每个所述发热单元的加热功率可独立控制。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述发热单元与所述蓝宝石板材的接触面积小于所述光斑面积。作为本专利技术的一种优选技术方案，每个所述发热单元的加热功率与所述离子束路线规划计算机联动。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述夹具包括有一个支架、以及安装在所述支架上的固定挂架，所述固定挂架为“L”型结构；所述定位机构包括定位丝杆和定位胶垫，所述定位胶垫安装在所述定位丝杆的端部；所述支架上分别开设有供所述固定挂架贯穿的穿孔A以及供所述定位丝杆贯穿的穿孔B，在所述穿孔B的内部固定有一个与所述定位丝杆相啮合连接的丝杆螺母；所述定位胶垫与所述定位丝杆的连接处固定有转动件；所述支架上还设置有一个用于调节所述固定挂架与所述支架连接位置的手动拧紧螺栓；所述固定挂架上还固定有两个分别用于夹紧所述加热阵列以及所述蓝宝石板材的凸块，即夹紧凸块A和夹紧凸块B。本专利技术还提供一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的方法，步骤如下：步骤一：将薄板形材料的蓝宝石板材放置在加热阵列上，将加热阵列放置在散热底座上，通过夹具及其定位机构将蓝宝石板材、加热阵列和散热底座压紧，并按照离子束加工前的要求，完成精确定位，水平度和倾斜度调整，并将位置信息反馈到离子束扫描计算机内；步骤二：在被抛光的薄板形的蓝宝石板材上施加一定的热流，实现薄板形材料的蓝宝石板材在加工前温度均匀一致；步骤三：在离子束扫描之前1-600秒，降低光斑预定位置的加热阵列所对应的发热单元的加热功率，当发热单元对应的加工件区域被光斑全覆盖时停止加热；步骤四：离子束扫描实现光斑所在位置的抛光作业，当离子束根据离子束扫描计算机规划的路线进行光斑轨迹移动时，离子束扫描计算机根据预定的轨迹路线，提前1-600秒降低光斑所在位置的发热单元的加热功率，直至停止加热；步骤五：离子束抛光结束后，发热单元实现同步缓慢降温，直至接近环境温度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)采用本专利技术的降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置和方法，可有效避免光学材料特别是高热膨胀系数光学材料在抛光时因热应力而导致开裂的情况。(2)安装便捷，固定稳固，使用范围广泛。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的夹具立体结构示意图；图3为本专利技术的夹具侧视剖视结构示意图；图4为本专利技术的温度分布示意图；图5为本专利技术的装置和方法后加工件被离子束喷射时的温度示意图；图中：1、蓝宝石板材；2、加热阵列；3、发热单元；4、散热底座；5、夹具；6、光斑；7、离子束；8、支架；9、固定挂架；10、定位丝杆；11、定位胶垫；12、夹紧凸块A；13、夹紧凸块B；14、穿孔A；15、穿孔B；16、丝杆螺母；17、转动件；18、手动拧紧螺栓。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。对比例被加工的大尺寸蓝宝石板材1的尺寸为600mm(长)X300mm(宽)X8mm(厚)，被安置在传统的工件装卡上加工，板材即不通过散热底座4冷却，也没有加热阵列2加热板材，光斑6尺寸为正方形40mmX40mm，离子束7形成相当于大约200W的加热效应；通过计算机模拟获得板材表面的温度分布如图4所示，从图4中可以看出，板材在平面方向的最大温差为255℃，如此巨大的温差在加工过程中导致42.9％的被加工板材开裂，造成巨大的经济损失。实施例请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本专利技术提供一种技术方案：一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材1、面积为680mmX420mm的加热阵列2、散热底座4、夹具5及其定位机构，发射单元发射出离子束7并在蓝宝石板材1的被抛光表面形成光斑6；加热阵列2由34X21个发热单元3紧凑排列而成；加热阵列2的一面与散热底座4压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材1的未加工面压紧装配；每个发热单元3与被蓝宝石板材1的接触面积为20mmX20mm，加热阵列2与蓝宝石板材1相接触的表面积不大于离子束7在蓝宝石板材1的被抛光表面形成的光斑6的面积；散热底座4、加热阵列2和蓝宝石板材1通过夹具5及其定位机构实现安装和固定。本实施例中，优选的，发热单元3通过热电阻的欧姆原理加热，加热功率范围为0-300W。本实施例中，优选的，发热单元3为红外灯。本实施例中，优选的，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材(1)、加热阵列(2)、散热底座(4)、夹具(5)及其定位机构，其特征在于：所述发射单元发射出离子束(7)并在所述蓝宝石板材(1)的被抛光表面形成光斑(6)；所述加热阵列(2)由多个发热单元(3)紧凑排列而成；所述加热阵列(2)的一面与散热底座(4)压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材(1)的未加工面压紧装配；所述加热阵列(2)与所述蓝宝石板材(1)相接触的表面积不大于所述离子束(7)在所述蓝宝石板材(1)的被抛光表面形成的光斑(6)的面积；所述散热底座(4)、所述加热阵列(2)和所述蓝宝石板材(1)通过夹具(5)及其定位机构实现安装和固定。
【技术特征摘要】
1.一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，包括发射单元、蓝宝石板材(1)、加热阵列(2)、散热底座(4)、夹具(5)及其定位机构，其特征在于：所述发射单元发射出离子束(7)并在所述蓝宝石板材(1)的被抛光表面形成光斑(6)；所述加热阵列(2)由多个发热单元(3)紧凑排列而成；所述加热阵列(2)的一面与散热底座(4)压紧装配，另一面与薄板形状的蓝宝石板材(1)的未加工面压紧装配；所述加热阵列(2)与所述蓝宝石板材(1)相接触的表面积不大于所述离子束(7)在所述蓝宝石板材(1)的被抛光表面形成的光斑(6)的面积；所述散热底座(4)、所述加热阵列(2)和所述蓝宝石板材(1)通过夹具(5)及其定位机构实现安装和固定。2.根据权利要求1所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述发热单元(3)通过热电阻的欧姆原理加热。3.根据权利要求1所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述发热单元(3)为红外灯。4.根据权利要求1所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述发热单元(3)为采用Peltier效应的热电加热/制冷片。5.根据权利要求1所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述散热底座(4)为铜材质或不锈钢水冷式底座。6.根据权利要求2-4任一项所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：每个所述发热单元(3)的加热功率可独立控制。7.根据权利要求6所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述发热单元(3)与所述蓝宝石板材(1)的接触面积小于所述光斑(6)面积。8.根据权利要求7所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：每个所述发热单元(3)的加热功率与所述离子束(7)路线规划计算机联动。9.根据权利要求1所述的一种用于降低薄板形材料离子束抛光时热应力的装置，其特征在于：所述夹具(5)包括有一个支架(8)、...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱文，黄小杰，冷和杰，邱一豇，吴立昌，
申请(专利权)人：四川联合晶体新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。