專利名稱：光學(xué)元件超光滑表面的拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種浴法剪切射流超光滑表面拋光裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是航空、航天、國(guó)防、軍工、信息、微電子與光電子等尖端科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)(如現(xiàn)代短波光學(xué)、強(qiáng)光光學(xué)等)以及光電子和薄膜科學(xué)領(lǐng)域?qū)ζ骷谋砻尜|(zhì)量要求越來(lái)越高，為了滿足其性能，要求器件的表面粗糙度都在0. 5nm以下，且加工后的表面要求盡可能小的表面疵病與亞表面損傷；如硅表面微小的表面粗糙度都會(huì)影響微電子器件的性能，在下一代超大規(guī)模集成電路中要求具有完整晶格結(jié)構(gòu)的超光滑表面，為了提高器件集成度，減少光刻線寬，極限紫外線光刻技術(shù)將應(yīng)用于半導(dǎo)體器件加工中，用于該類波長(zhǎng)的非球面光學(xué)器件不僅要求具有很高的形狀精度，而且要求具有極高表面質(zhì)量的超光滑表面，甚至要求達(dá)到原子級(jí)的表面粗糙度 (^ 0. 3nm)。因此，超光滑表面是目前精密超精密加工技術(shù)領(lǐng)域所面臨的巨大挑戰(zhàn)。目前，現(xiàn)有的超光滑拋光方法有傳統(tǒng)的拋光技術(shù)、彈性發(fā)射加工方法和等離子體化學(xué)氣化拋光加工方法。傳統(tǒng)的拋光技術(shù)如浴法拋光、浮法拋光等，可以獲得很低的表面粗糙度值，但其加工效率極其低下，而且難以實(shí)現(xiàn)非球曲面零件的加工。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置。為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，所述拋光裝置包括剪切射流拋光盤、數(shù)控機(jī)床、工件裝夾平臺(tái)、浴法射流拋光平臺(tái)、拋光頭控制裝置、 射流拋光系統(tǒng)和液體管路，其中剪切射流拋光盤通過(guò)拋光頭控制裝置固定在數(shù)控機(jī)床上， 通過(guò)液體管路與射流拋光系統(tǒng)連接，浴法射流拋光平臺(tái)安裝在數(shù)控機(jī)床上，通過(guò)液體管路與射流拋光系統(tǒng)連接，用于回收和循環(huán)拋光液，工件裝夾平臺(tái)安裝在浴法射流拋光平臺(tái)里， 待拋光工件通過(guò)工件裝夾平臺(tái)固定在數(shù)控機(jī)床上；通過(guò)射流拋光系統(tǒng)的增壓系統(tǒng)對(duì)混有磨料粒子的拋光液加速?gòu)募羟猩淞鲯伖獗P射出，在與剪切射流拋光盤下端面緊貼的光學(xué)元件表面產(chǎn)生剪切射流，通過(guò)射流的剪切作用力，對(duì)光學(xué)元件的超光滑表面拋光；從設(shè)有容器壁的工件裝夾平臺(tái)中溢出拋光液并流到浴法射流拋光平臺(tái)上；然后經(jīng)浴法射流拋光平臺(tái)底部的出水口通過(guò)液體管路回收射流拋光系統(tǒng)中，進(jìn)行拋光液的循環(huán)拋光。優(yōu)選實(shí)施例剪切射流拋光盤下端面設(shè)有若干個(gè)半圓柱槽，每個(gè)槽里端有一個(gè)直徑為Φ0. 5mm-2mm的噴嘴，拋光液從噴嘴噴出，經(jīng)半圓柱槽從待拋光工件壁面流出。優(yōu)選實(shí)施例在剪切射流拋光盤沒(méi)有半圓柱槽的下端面粘貼一層無(wú)紡布，無(wú)紡布的厚度為0. 5mm-lmm ；無(wú)紡布與待拋光工件緊貼并進(jìn)行拋光。優(yōu)選實(shí)施例在拋光過(guò)程中，待拋光工件和剪切射流拋光盤是浸沒(méi)在拋光液中拋光。優(yōu)選實(shí)施例在拋光過(guò)程中，待拋光工件在工件裝夾平臺(tái)上繞中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為0-720轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選實(shí)施例拋光過(guò)程中，剪切射流拋光盤通過(guò)拋光頭控制裝置的控制繞中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為0-720轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)方向與待拋光工件的旋轉(zhuǎn)方向相反。 優(yōu)選實(shí)施例拋光過(guò)程中，拋光液通過(guò)射流拋光系統(tǒng)的回收裝置進(jìn)行循環(huán)利用。優(yōu)選實(shí)施例剪切射流拋光盤的口徑大小為待拋光工件口徑大小的1/5至4/5倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明綜合與法拋光技術(shù)和射流拋光技術(shù)，采用剪切射流拋光盤使沖擊射流轉(zhuǎn)化為徑向流動(dòng)，消除了射流拋光過(guò)程中射流對(duì)工件表面的作用，靠徑向流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力實(shí)現(xiàn)材料的去除，從而實(shí)現(xiàn)待拋光元件的超光滑加工。(2)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明超光滑拋光方法過(guò)程容易控制，加工成本低。本發(fā)明用于光學(xué)玻璃、微晶玻璃、半導(dǎo)體材料及單晶材料的超精密、超光滑拋光。


圖1為本發(fā)明中提到浴法剪切射流超光滑表面拋光裝置圖；圖2為本發(fā)明中提到的剪切射流拋光盤結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。該裝置通過(guò)采用一個(gè)剪切射流拋光盤，在與剪切射流拋光盤下端面緊貼的光學(xué)元件表面產(chǎn)生剪切射流，通過(guò)射流的剪切作用力實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的超光滑表面拋光。剪切射流拋光盤使拋光液由沖擊射流轉(zhuǎn)化為切向流動(dòng)，靠切向射流流動(dòng)的剪切力作用實(shí)現(xiàn)材料的去除，把待拋光光學(xué)元件表面的高點(diǎn)誤差“抹平”，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的超光滑加工。較一般的射流拋光方法的沖擊材料去除，浴法剪切射流拋光方法的剪切作用材料去除能獲得更高精度的光滑表面，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低。本發(fā)明的技術(shù)解決方案浴法剪切射流超光滑表面拋光裝置包括剪切射流拋光盤、數(shù)控機(jī)床、待拋光工件、工件裝夾平臺(tái)、浴法射流拋光平臺(tái)、拋光頭控制裝置、射流拋光系統(tǒng)和液體管路。其中射流拋光系統(tǒng)包括增壓系統(tǒng)和回收系統(tǒng)，通過(guò)增壓系統(tǒng)使混有磨料粒子的拋光液加速，經(jīng)管路流到剪切射流拋光盤出口，并從出口高速射出，通過(guò)拋光頭控制裝置固定在數(shù)控機(jī)床上的剪切射流拋光盤與待拋光工件表面緊貼，使得射流沿剪切射流拋光盤的半圓柱槽流動(dòng)，拋光液由沖擊射流轉(zhuǎn)化為切向流動(dòng)，靠切向射流流動(dòng)的剪切力作用實(shí)現(xiàn)材料的去除。通過(guò)數(shù)控機(jī)床控制待拋光工件的轉(zhuǎn)速和剪切射流拋光盤的運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)待拋光元件全口徑的超光滑加工。實(shí)施例一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施例，浴法剪切射流超光滑表面拋光裝置包括剪切射流拋光盤1、數(shù)控機(jī)床2、待拋光工件3、工件裝夾平臺(tái)4、浴法射流拋光平臺(tái)5、拋光頭控制裝置6、射流拋光系統(tǒng)7和液體管路8。待拋光工件3定位裝卡在工件裝夾平臺(tái)4上，工件裝夾平臺(tái)4安裝在浴法射流拋光平臺(tái)5里面，浴法射流拋光平臺(tái)5安裝在數(shù)控機(jī)床2上，剪切射流拋光盤1通過(guò)拋光頭控制裝置6安裝在數(shù)控機(jī)床2，通過(guò)數(shù)控指令可實(shí)現(xiàn)剪切射流拋光盤1的旋轉(zhuǎn)和空間范圍內(nèi)的移動(dòng)，剪切射流拋光盤1 一端通過(guò)液體管路8與射流拋光系統(tǒng)連接，剪切射流拋光盤1底端緊貼待拋光工件3表面。實(shí)施例二 結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施方式的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)選用中科院光電所研發(fā)的CCOSSOOmm拋光機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，射流拋光系統(tǒng)為中科院光電所研發(fā)的系統(tǒng)，包括增壓系統(tǒng)和液體回收循環(huán)系統(tǒng)，增壓系統(tǒng)包括增壓泵和管路控制裝置，增壓泵可采用液壓隔膜計(jì)量泵，如prominent MakrO/5M5HaH250562型號(hào)的隔膜計(jì)量泵，管路監(jiān)測(cè)、控制裝置包括安全閥、過(guò)濾器、球閥、止回閥、阻尼器、壓力傳感器、流量傳感器等，液體回收循環(huán)系統(tǒng)包含一個(gè)回收容器和一個(gè)回收泵，回收泵可采用氣動(dòng)隔膜泵。實(shí)施例三結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施方式的剪切射流拋光盤如圖2所示，它有兩部分構(gòu)成金屬拋光盤和無(wú)紡布粘貼層，金屬拋光盤有4-12個(gè)半圓柱溝槽，每個(gè)溝槽的里側(cè)有一個(gè)口徑為0. 5-2mm的噴嘴孔；實(shí)施例四，結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施例，本實(shí)施例是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟Sl 按具體實(shí)施例一固接好各個(gè)部件后，把待拋光工件3定位裝卡在工件裝夾平臺(tái)4上，調(diào)節(jié)拋光頭控制裝置6，使剪切射流拋光盤1與待拋光工件3表面緊貼，緊貼表面縫隙控制在微米級(jí)別；步驟S2 工件裝夾平臺(tái)4充滿拋光液，使待拋光工件3剪切射流拋光盤1浸沒(méi)在拋光液中，通過(guò)數(shù)控機(jī)床2使待拋光工件3隨工件裝夾平臺(tái)4旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；步驟S3 啟動(dòng)射流拋光系統(tǒng)的7的增壓系統(tǒng)和回收系統(tǒng)，形成拋光液射流，通過(guò)拋光頭控制裝置6使剪切射流拋光盤1旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與使待拋光工件3的旋轉(zhuǎn)方向相反；步驟S4 通過(guò)控制一定的工藝參數(shù)，如拋光液濃度、拋光時(shí)間、剪切射流拋光盤1 擺動(dòng)范圍等，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的浴法剪切射流超光滑表面拋光。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于所述拋光裝置包括剪切射流拋光盤(1)、數(shù)控機(jī)床(2)、工件裝夾平臺(tái)(4)、浴法射流拋光平臺(tái)(5)、拋光頭控制裝置(6)、 射流拋光系統(tǒng)(7)和液體管路(8)，其中剪切射流拋光盤(1)通過(guò)拋光頭控制裝置(6)固定在數(shù)控機(jī)床(2)上，通過(guò)液體管路(8)與射流拋光系統(tǒng)(7)連接，浴法射流拋光平臺(tái)(5) 安裝在數(shù)控機(jī)床(2)上，通過(guò)液體管路(8)與射流拋光系統(tǒng)(7)連接，用于回收和循環(huán)拋光液，工件裝夾平臺(tái)(4)安裝在浴法射流拋光平臺(tái)(5)里，待拋光工件(3)通過(guò)工件裝夾平臺(tái) (4)固定在數(shù)控機(jī)床(2)上；通過(guò)射流拋光系統(tǒng)(7)的增壓系統(tǒng)對(duì)混有磨料粒子的拋光液加速?gòu)募羟猩淞鲯伖獗P(1)射出，在與剪切射流拋光盤下端面緊貼的光學(xué)元件表面產(chǎn)生剪切射流，通過(guò)射流的剪切作用力，對(duì)光學(xué)元件的超光滑表面拋光；從設(shè)有容器壁的工件裝夾平臺(tái)(4)中溢出拋光液并流到浴法射流拋光平臺(tái)(5)上；然后經(jīng)浴法射流拋光平臺(tái)(5)底部的出水口通過(guò)液體管路(8)回收射流拋光系統(tǒng)中，進(jìn)行拋光液的循環(huán)拋光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于剪切射流拋光盤(1)下端面設(shè)有若干個(gè)半圓柱槽，每個(gè)槽里端有一個(gè)直徑為Φ0. 5mm-2mm的噴嘴，拋光液從噴嘴噴出，經(jīng)半圓柱槽從待拋光工件(3)壁面流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于在剪切射流拋光盤(1)沒(méi)有半圓柱槽的下端面粘貼一層無(wú)紡布，無(wú)紡布的厚度為0. 5mm-lmm ；無(wú)紡布與待拋光工件(3)緊貼并進(jìn)行拋光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于在拋光過(guò)程中，待拋光工件(3)和剪切射流拋光盤(1)是浸沒(méi)在拋光液中拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于在拋光過(guò)程中，待拋光工件(3)在工件裝夾平臺(tái)(4)上繞中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為0-720轉(zhuǎn)/分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于拋光過(guò)程中，剪切射流拋光盤(1)通過(guò)拋光頭控制裝置(6)的控制繞中心軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度為0-720 轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)方向與待拋光工件(3)的旋轉(zhuǎn)方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于拋光過(guò)程中，拋光液通過(guò)射流拋光系統(tǒng)(7)的回收裝置進(jìn)行循環(huán)利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，其特征在于剪切射流拋光盤(1)的口徑大小為待拋光工件口徑大小的1/5至4/5倍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種對(duì)光學(xué)元件超光滑表面拋光的裝置，該裝置包括剪切射流拋光盤、數(shù)控機(jī)床、工件裝夾平臺(tái)、浴法射流拋光平臺(tái)、拋光頭控制裝置、射流拋光系統(tǒng)和液體管路，通過(guò)采用一個(gè)剪切射流拋光盤，安裝在浴法數(shù)控機(jī)床上的拋光頭上，通過(guò)管路與射流拋光系統(tǒng)相連，拋光液從經(jīng)射流拋光系統(tǒng)的增壓系統(tǒng)加速?gòu)募羟猩淞鲯伖獗P射出，在與剪切射流拋光盤下端面緊貼的光學(xué)元件表面產(chǎn)生剪切射流，通過(guò)射流的剪切作用力實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的超光滑表面拋光。本發(fā)明用于光學(xué)玻璃、微晶玻璃、半導(dǎo)體材料及單晶材料的超精密、超光滑拋光。
文檔編號(hào)B24B13/00GK102328259SQ20111032979
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者萬(wàn)勇建, 伍凡, 張亮, 徐清蘭, 施春燕, 范斌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所