一种大直径光学元件的加工系统技术方案

本发明专利技术提供一种大直径光学元件的加工系统，包括工作台、设于所述工作台主轴上的光学元件、用于对光学元件进行定位和检测表面粗糙度的定位及检测系统、用于对光学元件进行加工的旋转超声振动系统、控制系统、以及蠕动泵和冷却装置；旋转超声振动系统包括超声波发生器、驱动电机、旋转装置、超声波加工装置；超声波加工装置以一定的静压力压在光学元件上方并能相对于光学元件高速旋转，超声波加工装置和光学元件表面通过蠕动泵缓慢注入清洗液，用以加工过程中的清洗及冷却。相对于现有技术，本发明专利技术的加工系统能有效降低光学元件表面粗糙度，提高加工精度及表面光洁度，进而提高产品质量及生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径光学元件的加工系统
本专利技术涉及光学元件加工
，具体涉及一种大直径光学元件的加工系统。
技术介绍
大直径光学元件广泛应用于高质量的光学系统中，尤其是激光核聚变装置中，对大直径的定义是直径在400mm以上。随着科学技术的不断发展，对大直径光学元件的面积要求越来越大，对厚度要求越来越薄，对其平面度和表面粗糙度的要求也越来越高，这就对一些高精度的光学元件加工设备提出了更高的要求。对光学元件进行加工时，抛光件以一定的静压力压在光学元件上并相对其做高速旋转运动，清洗剂不断的注入到抛光件和光学元件之间，以更好地对抛光件和光学元件表面进行冷却，并及时带走磨屑，可提高光学元件表面的加工精度及光洁度，但光学元件的直径越大，厚度越薄，抛光件相对于光学元件的高速旋转速度越不易稳定控制，而旋转不稳将导致加工后的光学元件易出现外周裂纹、以及薄型材料边角破裂等问题，进而直接影响大直径光学元件的成品的质量以及批量制造的效率；此外，抛光件相对于光学元件的高速旋转速度也对其表面粗糙度的大小有着十分重要的影响，而表面粗糙度的大小则直接影响其光学特性，如折射率、表面散射和激光损伤阈值等，在现有的常规加工工艺中，可以获得的光学元件的表面粗糙度的均值为0.5μm；更进一步，降低光学元件表面粗糙度使其符合超光滑的标准也是提高抛光质量的关键。综上所述，抛光件相对于光学元件的旋转速度不能得到稳定控制，就无法加工出高精度的光学元件，将难以满足现代科技对大直径光学元件的高精度要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种能精确控制抛光件相对于光学元件的高速旋转速度的加工系统，以使加工出的光学元件能获得更高的精度和更高的表面光洁度。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大直径光学元件的加工系统，包括：工作台、设于所述工作台主轴上并能相对所述工作台的X轴和Y轴移动的光学元件、用于对所述光学元件进行定位和检测表面粗糙度的定位及检测系统、用于对所述光学元件进行加工的旋转超声振动系统、用于对所述定位及检测系统和旋转超声振动系统进行控制的控制系统、以及与所述控制系统相连的并用于降温的冷却装置以及用于清洗的蠕动泵；所述旋转超声振动系统包括超声波发生器、驱动电机、由所述驱动电机驱动而能旋转的旋转装置、以及与所述旋转装置相连并同步旋转的超声波加工装置；所述超声波加工装置以一定的静压力压在所述光学元件上方并能相对于所述光学元件高速旋转，所述超声波加工装置和所述光学元件表面通过蠕动泵缓慢注入清洗液，用以加工过程中的清洗。本技术方案中，光学元件可移动的设置于工作台上，加工状态时光学元件静止不动，位于加工元件上方的超声波加工装置以一定静压力与光学元件接触并相对其高速旋转，并且定位及检测系统能将光学元件的位置信息及表面粗糙度信息发送给控制系统以精确控制加工，并且，本技术方案中通过蠕动泵向超声波加工装置和光学元件之间缓慢注入清洗液，由于脆性材料的磨屑易粘附在加工表面上，如果不及时清洗将会影响加工效果，精加工的粉尘漂浮也会污染环境，因此通过流动的清洗液及时带走磨屑，同时能更好地对加工表面进行冷却，并能促进超声空化效果，因此可提高型面加工的精度及光洁度。进一步地，所述定位及检测系统包括光源、CCD相机以及图像采集处理装置，所述定位及检测系统用以对所述光学元件视觉定位，并将位置信息及表面粗糙度信息发送至控制系统，所述控制系统据此调节所述超声波加工装置的位置、旋转速度和旋转时间。进一步地，所述光源为超声波不可见光，频闪速度与所述CCD相机的扫描速度同步。通过视觉定位及检测系统与控制系统的结合，可实现光学元件加工的高精度定位，克服传统机械式定位精度不足的缺陷，同时克服传统加工无法及时有效的检测反馈并及时调节的缺陷，进而保证并提高光学元件加工的精度。进一步地，所述超声波加工装置包括金刚石加工件。作为优选，所述金刚石加工件为钎焊金刚石加工件，由于钎焊金刚石的磨粒能以破碎和断裂的形式快速磨损，不会伤及光学元件的表面，因此可实现对硬脆的大直径光学元件的高效加工。作为优选，所述超声波发生器的振幅设置为20μm～40μm。进一步优选，所述超声波发生器的振幅为30μm。作为优选，所述驱动电机为直流无刷电机。直流无刷电机结构简单，同等功率输出的情况下，同等体积下输出功率能增大3～10倍，易于实现小型化，此外，受用寿命长，转速高，干扰小，噪音低，运行可靠。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过定位及检测系统能将光学元件的位置信息及表面粗糙度信息发送给控制系统以精确控制加工，并通过蠕动泵向超声波加工装置和光学元件之间缓慢注入清洗液，光学元件的加工精度可以得到保证，因此能有效提高型面加工的精度及光洁度。附图说明图1为本专利技术优选实施例的结构框图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。参阅图1所示，本优选实施例提供一种大直径光学元件的加工系统，该光学元件的直径为430mm*430mm，该加工系统包括：工作台、设于工作台主轴上并能相对工作台的X轴和Y轴移动的光学元件1、用于对光学元件1进行定位和检测表面粗糙度的定位及检测系统2、用于对光学元件1进行加工的旋转超声振动系统3、以及用于对定位及检测系统2和旋转超声振动系统3进行控制的控制系统4、以及与控制系统4相连的并用于降温的冷却装置6以及用于清洗的蠕动泵5；旋转超声振动系统3包括超声波发生器31、驱动电机32、由驱动电机32驱动而能旋转的旋转装置33、以及与旋转装置33相连并同步旋转的超声波加工装置34；超声波加工装置34以一定的静压力压在光学元件1上方并能相对于光学元件1高速旋转，超声波加工装置34和光学元件1表面通过蠕动泵5缓慢注入清洗液，用以加工过程中的清洗及冷却。加工时，首先将待加工的光学元件1的周边紧靠住水平定位块和垂直定位块，并用夹具夹持固定，定义水平定位块和垂直定位块的交叉点为参考原点，移动旋转超声振动系统3至光学元件1上方完成对刀，将对刀后的工作台坐标定义为坐标原点，完成手工定位，启动超声波发生器31，并确定其空载起振是否正常，继续调节超声波发生器31的超声频率，启动蠕动泵5，启动加工。超声波加工装置34逐步从稳定的低速旋转过渡至稳定的高度旋转，并可根据定位及检测系统2的反馈实时调节旋转速度和旋转时间。本优选实施例中的驱动电机的转速区间为0～3000.本技术方案中，光学元件1可移动的设置于工作台上，加工状态时光学元件1静止不动，位于加工元件1上方的超声波加工装置34以一定静压力与光学元件1接触并相对其高速旋转，并且定位及检测系统2能将光学元件1的位置信息及表面粗糙度信息发送给控制系统4以精确控制加工，并且，本技术方案中通过蠕动泵5向超声波加工装置34和光学元件1之间缓慢注入清洗液，由于脆性材料的磨屑易粘附在加工表面上，如果不及时清洗将会影响加工效果，精加工的粉尘漂浮也会污染环境，因此通过流动的清洗液及时带走磨屑，同时能更好地对加工表面进行冷却，并能促进超声空化效果，因此可提高型面加工的精度及光洁度。进一步地，定位及检测系统2包括光源21、CCD相机22以及图像采集处理装置23，定位及检测系统2用以对光学元件1视觉定位，并将位置信息及表面粗糙度信息发送至控制系统4，控制系统4据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大直径光学元件的加工系统，其特征在于包括：工作台、设于所述工作台主轴上并能相对所述工作台的X轴和Y轴移动的光学元件、用于对所述光学元件进行定位和检测表面粗糙度的定位及检测系统、用于对所述光学元件进行加工的旋转超声振动系统、用于对所述定位及检测系统和旋转超声振动系统进行控制的控制系统、以及与所述控制系统相连的并用于降温的冷却装置以及用于清洗的蠕动泵；所述旋转超声振动系统包括超声波发生器、驱动电机、由所述驱动电机驱动而能旋转的旋转装置、以及与所述旋转装置相连并同步旋转的超声波加工装置；所述超声波加工装置以一定的静压力压在所述光学元件上方并能相对于所述光学元件高速旋转，所述超声波加工装置和所述光学元件表面通过蠕动泵缓慢注入清洗液，用以加工过程中的清洗。

【技术特征摘要】
1.一种大直径光学元件的加工系统，其特征在于包括：工作台、设于所述工作台主轴上并能相对所述工作台的X轴和Y轴移动的光学元件、用于对所述光学元件进行定位和检测表面粗糙度的定位及检测系统、用于对所述光学元件进行加工的旋转超声振动系统、用于对所述定位及检测系统和旋转超声振动系统进行控制的控制系统、以及与所述控制系统相连的并用于降温的冷却装置以及用于清洗的蠕动泵；所述旋转超声振动系统包括超声波发生器、驱动电机、由所述驱动电机驱动而能旋转的旋转装置、以及与所述旋转装置相连并同步旋转的超声波加工装置；所述超声波加工装置以一定的静压力压在所述光学元件上方并能相对于所述光学元件高速旋转，所述超声波加工装置和所述光学元件表面通过蠕动泵缓慢注入清洗液，用以加工过程中的清洗。2.根据权利要求1所述的一种大直径光学元件的加工系统，其特征在于：所述定位及检测系统包括光源、CCD相机以及图像采集处理装置，所述定...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴宁，王大森，聂凤明，张广平，李晓静，郭海林，刘敏，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江,33