一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置，解决了现有基于机床的等离子体加工装置中，机床动态响应速度慢、不适用加工高陡度、大口径光学元件的问题。本发明专利技术提供的基于机器人的等离子体加工装置，安装在机器人上的等离子体发生装置具有多个自由度，可自由旋转，可以实现具有高陡度、大口径光学元件的加工，并且可以根据加工需求，选择不同激发类型的等离子体发生器，实现快速拆卸互换，满足不同元件的加工需求。本发明专利技术装置功能多样，操作便捷，适用于不同口径的加工元件，克服了传统的基于机床的等离子体装置功能单一，操作复杂，不适用于加工大口径光学元件的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置


[0001]本专利技术属于光学元件加工领域，具体涉及一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置。

技术介绍

[0002]光学系统朝着大型化、巨系统和高精度的方向发展。特别是国内外正面临激光约束核聚变、同步辐射、空间光学、极紫外光刻和大口径望远镜等一系列大科学工程光学元件的研制任务，这些系统对采用的光学元件要求更为严苛。其中等离子体加工技术作为一种非接触式的化学加工方法，加工时与工件表面无机械式接触，不产生加工应力，不会对元件表面/亚表面产生损伤；等离子体发生器多样，可实现多种分辨率的去除函数，完成对精细结构光学元件的高分辨率修形加工，并且等离子体流体粘度小，柔性度高，对自由曲面的适应性更强，适于加工自由曲面光学元件。机器人作为多关节运动系统，具有灵活性高，自由度多，响应速度快的显著优势，可灵活迅速适应变化的复杂和高陡度的面形，因此将等离子体加工与机器人控制相结合，一种基于机器人控制的等离子体加工装置，可满足上述先进光学系统对大口径、高陡度光学零件的严苛制造需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题为：克服传统的基于机床的等离子体发生装置存在的响应速度低、发生器装置单一，不适用加工高陡度、薄型的光学元件的问题，实现针对不同元件的加工需求进行不同发生器装置安装，满足不同加工需求，并且完成对于高陡度、大口径元件的加工，本专利技术提供一种基于机器人的等离子体加工装置。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下：一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置，包括以下步骤：
[0005]步骤1：根据待加工元件的加工要求选择合适的等离子体发生器模块，并将选取的等离子体发生器模块安装于机器人控制的等离子体发生装置上；
[0006]步骤2：采用干涉仪测量待加工元件的初始面形数据；
[0007]步骤3：将待加工元件固定在元件放置平台，并建立元件初始位置坐标系；
[0008]步骤4：建立等离子发生器模块位置坐标系，并与待加工元件初始位置坐标系参照，确定位置关系；
[0009]步骤5：根据测得的待加工元件的初始面形数据，根据不同发生器模块的去除函数，依照加工需求，计算驻留时间，并根据驻留时间生成机器人运动代码；
[0010]步骤6：对等离子体发生模块进行等离子体激发处理，产生出加工需要的等离子体反应刻蚀粒子；
[0011]步骤7：机器人执行运动代码，控制末端的等离子体发生器模块按照加工轨迹与驻留时间进行运动，使激发出的等离子体粒子于元件表面发生反应，完成加工需求；
[0012]步骤8：将加工后的元件再次进行面形数据检测，判断是否满足加工需求，当加工
后面形数据与目标面形存在偏差时，重复步骤3至步骤7，进行迭代加工，直至符合加工需求。
[0013]进一步地，步骤1中所述的待加工元件，可以为二氧化硅、微晶玻璃、碳化硅，蓝宝石等材料。
[0014]进一步地，步骤1中所述地待加工元件，包括但不限于中小口径光学元件，也可以为大口径的光学元件。
[0015]进一步地，步骤1中所述地待加工元件种类可以为平面元件、高陡度元件、超薄地光学元件。
[0016]进一步地，步骤1中所述的加工要求可以为对光学元件进行面形修正、元件的微结构加工、目标面形的光学元件地加工、光学元件的抛光处理、光学元件亚表面损伤去除修复。
[0017]进一步地，步骤1中所述地等离子体发生装置可以为感应耦合等离子体发生装置、平板电极式电容耦合等离子体发生装置、射流式电容耦合等离子体发生装置。
[0018]进一步地，步骤2中所述待加工元件地面形数据可以通过干涉仪的透射波前误差或反射波前误差测得。
[0019]进一步地，步骤3中待加工元件的初始位置坐标系可以测量元件中心点位置坐标系或者元件的边界点的位置坐标系。
[0020]进一步地，步骤3和步骤4中所采用的位置坐标系可以为直角坐标系、极坐标系。
[0021]进一步地，步骤5中机器人的加工轨迹可以为光栅式加工轨迹、交错式光栅加工轨迹、螺旋式加工轨迹、随机路径加工轨迹。
[0022]进一步地，步骤6中所述地对等离子体进行激发处理，激发方式根据步骤1中不同地等离子体发生装置所采用的激发方式不同，电感耦合等离子体的激发方式为电火花激发，射流式电容耦合等离子体激发装置为内部探针激发。
[0023]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0024](1)本专利技术是一种基于机器人的等离子体加工装置，装置具有多个自由度、定位精度高，可以满足大口径、高陡度光学元件的精密加工需求。
[0025](2)本专利技术可以根据光学元件的不同加工需求，通过更换不同的等离子体发生器模块，满足同一装置实现不同元件的加工需求。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置结构示意图。
[0027]其中：1为机器人固定底座；2为可旋转机器人连接臂一；3为可旋转机器人连接臂二；4为等离子体匹配箱与可旋转机器人臂连接头；5为等离子体匹配箱；6为电感射流耦合式等离子体发生模块；7为待加工元件；8为元件放置平台；
具体实施方式
[0028]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0029]结合一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置示意图的图1，该装
置包括机器人固定底座1、可旋转机器人连接臂一2、可旋转机器人连接臂二3、等离子体匹配箱与可旋转机器人臂连接头4、等离子体匹配箱5、电感射流耦合式等离子体发生模块6、待加工元件7、元件放置平台8，机器人固定底座1的作用是将整个装置与地面相连接，保持整个装置的稳定性；可旋转机器人连接臂一2与可旋转机器人连接臂二3串联一方面起连接作用，可旋转机器人连接臂一2、可旋转机器人连接臂二3组成机器臂，另一方面使装置等离子体匹配箱与可旋转机器人臂连接头4具有多个方向上的自由度；等离子体匹配箱与可旋转机器人臂连接头4将机器臂与等离子体匹配箱5连接起来并且使等离子体模块具有选装功能，等离子体匹配箱5为等离子体发生模块提供必要的激发环境；等离子体发生模块激发出加工需要的等离子体。具体工艺过程包括：
[0030]具体实施方案一：图1所示的由机器臂所控制的运动机构活动范围更加广泛，可承载重型的等离子体发生器部件，实现大口径元件的加工，所占空间小，满足加工需求。
[0031]具体实施方案二：电感射流耦合式等离子体发生模块6可更换为电容射流耦合式等离子体发生模块，电容平板耦合式等离子体发生模块；根据不同的加工需求可以选择不同的模块；电容射流耦合式等离子体发生模块具有修形精度高的优势，可实现光学元件高精度修形的要求；电感射流耦合式等离子体发生模块具有去除效率高的优势，可实现光学元件面形的快速收敛；电容平板耦合式等离子体发生模块可调整上下基板的间距，实现不同去除深度的特点，可用于实现光学元件的微结构加工要求；下面以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据待加工元件的加工要求选择合适的等离子体发生器模块，并将选取的等离子体发生器模块安装于机器人控制的等离子体发生装置上；步骤2：采用干涉仪测量待加工元件的初始面形数据；步骤3：将待加工元件固定在元件放置平台，并建立元件初始位置坐标系；步骤4：建立等离子发生器模块位置坐标系，并与待加工元件初始位置坐标系参照，确定位置关系；步骤5：根据测得的待加工元件的初始面形数据，根据不同发生器模块的去除函数，依照加工需求，计算驻留时间，并根据驻留时间生成机器人运动代码；步骤6：对等离子体发生模块进行等离子体激发处理，产生出加工需要的等离子体反应刻蚀粒子；步骤7：机器人执行运动代码，控制末端的等离子体发生器模块按照加工轨迹与驻留时间进行运动，使激发出的等离子体粒子于元件表面发生反应，完成加工需求；步骤8：将加工后的元件再次进行面形数据检测，判断是否满足加工需求，当加工后面形数据与目标面形存在偏差时，重复步骤3至步骤7，进行迭代加工，直至符合加工需求。2.根据权利要求1所述的一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置，其特征在于：步骤1中所述的待加工元件材料，包括二氧化硅、微晶玻璃、碳化硅、蓝宝石。3.根据权利要求1所述的一种适用于大口径光学元件的机器人等离子体加工装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：范斌，焦培琦，辛强，吴湘，梁钊宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：