【技术实现步骤摘要】
一种适用于大尺寸KDP晶体超精密高效抛光装置与方法
[0001]本专利技术属于精密与超精密抛光
，具体涉及一种适用于大尺寸KDP晶体超精密高效抛光装置与方法。
技术介绍
[0002]自然界中存在一类易潮解或水溶解晶体材料，例如氯化钠NaCl晶体、磷酸二氢钾KH2PO4简称KDP晶体等。KDP晶体作为一种优质的非线性光学材料可用作倍频转换元件和光电开关，具有重大的工程应用价值。作为光学元件用的KDP晶体材料通常要求加工到超精密级精度，例如用于惯性约束核聚变系统的KDP晶体光学元件，不仅尺寸大400mm
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400mm以上，而且加工精度要求表面和亚表面层近无损伤、表面粗糙度RMS小于4nm、透射波前畸变小于λ/6，这样的加工要求几乎接近制造的极限，且材料本身又具有软脆、易解潮、对加工温度极为敏感等特点，使之成为公认的一种极难加工的晶体材料，现有的机械方法几乎难以做到近无损伤超精密加工。虽然本专利申请者较早地创新提出了基于水溶解的KDP晶体抛光方法与专利，以及后续不断提出的基于材料水溶解特性的易潮解KDP晶体的抛光液、抛光方法和抛光装置的专利技术，但是依然存在诸如油包水抛光液后续需要清洗表面油包裹层、小磨头抛光大尺寸晶体难以实现粗精抛光自动化切换、抛光效率较低等一些问题，制约了大尺寸晶体的水溶解抛光方法的工程化应用，因此迫切需要一种适用于大尺寸KDP晶体工程化加工用超精密高效抛光新方法。
[0003]在以往针对包括KDP晶体在内的易潮解晶体超精密加工技术中，有一些相关类型的专利和例子：>[0004]中国专利ZL200910010268.2公开了《一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液》，介绍了一种非水基无磨料化学机械抛光液，适用于软脆晶体的超精密抛光，其采用油性物质作为抛光液基载液，由非离子表面活性剂，以及水形成“油包水”结构，是一种无色透明、无毒、无腐蚀性液体，长期放置不发生变化，稳定性较好，具有避免磨粒的嵌入的优点，实现了对KDP晶体的高质量加工。然而，总体加工效率较低，并且油性抛光液易残留在晶体表面，不易清洗，且未开发出专用设备进行加工。
[0005]中国专利CN101310922A公开了《磷酸二氢钾晶体潮解抛光方法》，采用以一定比例的无水乙醇与水配置抛光液，对金刚石飞切后的KDP样件进行加工，由于无水乙醇的快速挥发以及吸水性，容易造成抛光液浓度失衡，以及加工后表面快速潮解。同时该专利将KDP晶体和抛光设备放置于密闭护罩中用混合水蒸气高温抛光，高温容易造成KDP晶体敏感开裂，同时密闭护罩无法实现大尺寸KDP晶体的加工。
[0006]中国专利CN102615555B公开了《基于超声雾化水汽的KDP晶体微纳潮解超精密抛光方法》，利用超声产生的水雾与洁净干燥的气体混合而成的洁净水雾气体对KDP进行加工，并借助计算机控制抛光轨迹，实现晶体表面全局平坦化抛光。但是整体加工效率较低，而且对加工条件的要求较高。
[0007]中国专利CN105150078B公开了《一种KDP晶体表面微纳纹理的无损伤数控水溶解
去除方法》，选用含水抛光液，使用小尺寸抛光头加工KDP晶体，结合计算机轨迹规划，去除晶体表面残留的小尺度飞切刀纹，实现对KDP晶体的超精密加工。然而，小尺寸磨头加工，整体效率较低，对轨迹规划的要求较高，成本较高。
[0008]中国专利CN106926139B公开了《KDP晶体水溶解微纳加工系统及加工方法》，介绍了一种包括抛光液性能连续实时调控装置、抛光装置和夹持装置的KDP晶体水溶解微纳加工系统，配置了一系列具备不同温度和质量百分比浓度的磷酸二氢钾溶液对KDP晶体的高效加工。但是由于抛光液种类单一以及微纳加工系统的限制，此种方法加工KDP尺寸较小，并且加工后表面有结晶残留，难以实现大尺寸KDP晶体的高质量加工。
技术实现思路
[0009]为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术提出一种既能够实现大尺寸KDP晶体超精密抛光加工，又能提高加工效率的适用于大尺寸KDP晶体超精密高效抛光装置与方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种适用于大尺寸KDP晶体超精密高效抛光装置，包括支撑单元、精密水平运动滑台、工件抛光夹持单元、多点浓度连续可调控抛光液供给单元、底座、精密回转工作台、抛光垫修整单元、在线测量单元、抛光残液连续吸除回收单元和设备控制系统单元；
[0011]所述支撑单元包括三个立柱支撑、Y形横梁和中心辅助支撑，所述三个立柱支撑的下端分别与底座连接、上端分别与Y形横梁的三个外端连接，所述中心辅助支撑下端穿过中空的精密回转工作台与底座连接、上端与Y形横梁的中心连接，所述三个立柱支撑、Y形横梁和中心辅助支撑组成三立柱支撑+中心辅助支撑结构；所述立柱支撑内部中空，侧边开走线管口，用于布置控制电缆；
[0012]所述Y形横梁由三个支梁组成，每个支梁上部安装有吊环；每个支梁上安装一个精密水平运动滑台，第一个支梁的精密水平运动滑台上安装抛光垫修整单元和在线测量单元，第二个支梁的精密水平运动滑台上安装工件抛光夹持单元，第三个支梁的精密水平运动滑台上安装工件抛光夹持单元或空着；所述Y形横梁的两个支梁之间设置悬臂支架，所述悬臂支架上安装多点浓度连续可调控抛光液供给单元；
[0013]所述多点浓度连续可调控抛光液供给单元包括沿精密回转工作台径向分布的多点供液管组、分布式集成控制供液泵和抛光液加温系统，所述多点供液管组、分布式集成控制供液泵和抛光液加温系统与设备控制系统单元连接；
[0014]所述工件抛光夹持单元包括配重块、工件夹具和拨叉；所述拨叉安装在精密水平运动滑台上，所述工件夹具在拨叉的内部，所述工件夹具下方放置工件，所述配重块放置在工件夹具上方；
[0015]所述精密回转工作台包括抛光垫、大理石工作台和精密转台；所述精密转台安放在底座上，通过定位环与底座连接；所述大理石工作台安装在精密转台上；所述抛光垫粘贴在大理石工作台上；
[0016]所述抛光残液连续吸除回收单元包括多点排布吸管组、残液回收槽和回收槽支撑，所述多点排布吸管组沿精密回转工作台径向分布，多点排布吸管组安装在Y形横梁的悬臂支架上，所述残液回收槽通过回收槽支撑安装底座上方；
[0017]所述抛光垫修整单元包括伺服电机、立式刀架滑台和修整刀具，所述伺服电机安
装在立式刀架滑台上端一侧，所述修整刀具安装在立式刀架滑台下方，抛光垫修整单元通过立式刀架滑台安装在第一个支梁上的精密水平运动滑台上，通过伺服电机控制实现抛光垫修整单元在抛光区域水平方向精准移动，实现对抛光垫的修整加工；
[0018]所述在线测量单元包括测头支架、接触式测量头和测量系统，所述接触式测量头安装在测头支架的下方，所述测量系统安装在测头支架下方，通过线缆连接控制接触式测量头，所述在线测量单元通过测头支架安装在第一个支梁上的精密水平运动滑台上，通过测量系统控制在线测量单元在抛光区域水平方向可控精准位移，实时对工件进行面形在线测量；
[0019]所述设备控制系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于大尺寸KDP晶体超精密高效抛光装置，其特征在于：包括支撑单元(1)、精密水平运动滑台(2)、工件抛光夹持单元(3)、多点浓度连续可调控抛光液供给单元(5)、底座(6)、精密回转工作台(7)、抛光垫修整单元(9)、在线测量单元(10)、抛光残液连续吸除回收单元(11)和设备控制系统单元(14)；所述支撑单元(1)包括三个立柱支撑(15)、Y形横梁(16)和中心辅助支撑(17)，所述三个立柱支撑(15)的下端分别与底座(6)连接、上端分别与Y形横梁(16)的三个外端连接，所述中心辅助支撑(17)下端穿过中空的精密回转工作台(7)与底座(6)连接、上端与Y形横梁(16)的中心连接，所述三个立柱支撑(15)、Y形横梁(16)和中心辅助支撑(17)组成三立柱支撑(15)+中心辅助支撑(17)结构；所述立柱支撑(15)内部中空，侧边开走线管口，用于布置控制电缆；所述Y形横梁(16)由三个支梁组成，每个支梁上部安装有吊环(8)；每个支梁上安装一个精密水平运动滑台(2)，第一个支梁的精密水平运动滑台(2)上安装抛光垫修整单元(9)和在线测量单元(10)，第二个支梁的精密水平运动滑台(2)上安装工件抛光夹持单元(3)，第三个支梁的精密水平运动滑台(2)上安装工件抛光夹持单元(3)或空着；所述Y形横梁(16)的两个支梁之间设置悬臂支架，所述悬臂支架上安装多点浓度连续可调控抛光液供给单元(5)；所述多点浓度连续可调控抛光液供给单元(5)包括沿精密回转工作台(7)径向分布的多点供液管组(4)、分布式集成控制供液泵(12)和抛光液加温系统(13)，所述多点供液管组(4)、分布式集成控制供液泵(12)和抛光液加温系统(13)与设备控制系统单元(14)连接；所述工件抛光夹持单元(3)包括配重块(19)、工件夹具(20)和拨叉(21)；所述拨叉(21)安装在精密水平运动滑台(2)上，所述工件夹具(20)在拨叉(21)的内部，所述工件夹具(20)下方放置工件(18)，所述配重块(19)放置在工件夹具(20)上方；所述精密回转工作台(7)包括抛光垫(22)、大理石工作台(23)和精密转台(24)；所述精密转台(24)安放在底座(6)上，通过定位环(25)与底座(6)连接；所述大理石工作台(23)安装在精密转台(24)上；所述抛光垫(22)粘贴在大理石工作台(23)上；所述抛光残液连续吸除回收单元(11)包括多点排布吸管组(26)、残液回收槽(27)和回收槽支撑(28)，所述多点排布吸管组(26)沿精密回转工作台(7)径向分布，多点排布吸管组(26)安装在Y形横梁(16)的悬臂支架上，所述残液回收槽(27)通过回收槽支撑(28)安装底座(6)上方；所述抛光垫修整单元(9)包括伺服电机(29)、立式刀架滑台(30)和修整刀具(31)，所述伺服电机(29)安装在立式刀架滑台(30)上端一侧，所述修整刀具(31)安装在立式刀架滑台(30)下方，抛光垫修整单元(9)通过立式刀架滑台(30)安装在第一个支梁上的精密水平运动滑台(2)上，通过伺服电机(29)控制实现抛光垫修整单元(9)在抛光区域水平方向精准移动，实现对抛光垫(22)的修整加工；所述在线测量单元(10)包括测头支架(32)、接触式测量头(33)和测量系统(34)，所述接触式测量头(33)安装在测头支架(32)的下方，所述测量系统(34)安装在测头支架(32)下方，通过线缆连接控制接触式测量头(33)，所述在线测量单元(10)通过测头支架(32)安装在第一个支梁上的精密水平运动滑台(2)上，通过测量系统(34)控制在线测量单元(10)在抛光区域水平方向可控精准位移，实时对工件(18)进行面形在线测量；
所述设备控制系统单元(14)放置在底座(6)外的一侧，通过控制系统的程序调控，使多点浓度...
【专利技术属性】
技术研发人员：高航，程志鹏，王宣平，朱祥龙，郭东明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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